[发明专利]一种玄武岩纤维增强水泥基材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水泥基材料，具体涉及一种玄武岩纤维增强水泥基材料及 其制备方法。

背景技术

水泥基材料具有强度高、耐久性好、成本低等一系列优点，但是，水 泥基材料自身存在着收缩变形大，脆性大易开裂等不可忽视的缺点，尤其 是掺入化学外加剂开发出的新型高性能水泥基材料，虽然强度得以提高但 同时出现韧性差、裂缝、干缩与脆性大等问题。前，通过添加纤维改善水 泥基材料性能研究较多，添加玄武岩纤维是常用方法之一。玄武岩纤维是 用天然的玄武岩矿石通过高温熔融、拉丝而成的一种纯天然的无机非金属 材料，其具有抗拉强度高、弹性模量大等优点。玄武岩的加入，在水泥基 材料基体内部中会行成一种均匀的三维乱向分布的网络体系，可以防止基 体收缩裂缝的产生和扩展，提高材料的综合性能。

现有技术中，专利CN103771795A公开了一种玄武岩纤维增强抗裂饰 面砂浆，该砂浆水泥、石英砂和玄武岩短切纤维按照一定比例混合而成， 具有抗裂、耐候、耐紫外线好、色泽均匀持久等优点。专利CN103435305 A公开了一种玄武岩纤维混凝土及其制备方法，由水泥、砂、石子、活性 掺合料、玄武岩短纤维、其他短纤维、水、CTF增效剂和减水剂按照一定 比例混合而成，有效提高混凝土的韧性、防裂性能、抗冻性和抗冲击性。 但是，随着玄武岩纤维或其他纤维的添入，严重改变了水泥基材料的堆积 结构原理，一定程度上增加了水泥基材料的孔隙率，同时纤维与水泥胶结 物质会存在一个界面层，所述界面层中二者的界面粘结强度通常较低，故 玄武岩纤维的加入在基本力学性能的增强效果上并不明显，甚至导致强度 的降低，集中的体现就是加入玄武岩纤维的水泥基材料脆性大，抗折强度 较低。

为了弥补上述不足，亟需添加其他物质改善材料的结构性能，促进材 料的密实度、增加玄武岩纤维与水泥胶结物质界面粘结强度，从而改善材 料的脆性大的性能，提高其抗压、抗折强度。

发明内容

本发明的目的是开发一种具有较高的密实度、韧性好，抗压抗折强度高 的玄武岩纤维增强水泥基材料及其制备方法。

上述目的是通过如下技术方案实现：一种玄武岩纤维增强水泥基材料， 其原料包括如下组分：水泥400～800kg/m³，细骨料800～1600kg/m³，正硅 酸乙酯20～40kg/m³，高效聚羧酸减水剂10～40kg/m³，缓凝剂0.01～0.05 kg/m³，玄武岩纤维3.0％～8.0％(体积比)。由于玄武岩纤维的加入，水泥 基材料的孔隙率增大，尤其是玄武岩纤维与水泥基胶凝材料的结合处附近， 通常这些孔隙是极其小的，传统的微细颗粒如硅灰并不能完全发挥微填充 效应，而正硅酸乙酯水解的纳米二氧化硅颗粒具有纳米级尺寸，能够完全 发挥微填充效应；实验表明，加入正硅酸乙酯后，水泥硬化浆体内部孔洞 变少，且钙矾石与玄武岩纤维相互搭接互为连生、交叉形成构成密集良好 体。发明人通过大量实验发现，尤其是先让正硅酸乙酯的水解溶液与玄武 岩纤维表面接触的情况下正硅酸乙酯水解的纳米二氧化硅颗粒具有极佳的 界面填充效果。同时，正硅酸乙酯水解的纳米二氧化硅颗粒分散在水泥中， 为水泥水化体系起到晶核的作用，形成以纳米二氧化硅颗粒为核心的团块 胶凝物，改善了水化产物分布均匀性，界面过渡层合理分布，故加入正硅 酸乙酯的玄武岩纤维增强水泥基材料结构更加致密。其次，玄武岩纤维表 面呈化学惰性，与水泥胶凝材料的界面结合性能较差，而正硅酸乙酯水解 的纳米二氧化硅颗粒具有较多的活性羟基，其沉积玄武岩纤维表面，这些 活性基团易于水泥胶凝材料发生化学反应，通过化学键的形式牢固的结合 在一起，使得玄武岩纤维与水泥胶凝材料基体之间的结合力大大增强，提 高界面间作用力，进而提高界面层的界面粘结强度，增加玄武岩纤维增强 水泥基材料的韧性，抗折强度显著增加。再次，由于玄武岩纤维在碱性环 境下易腐蚀，而水泥基材料，pH一般在12以上，此条件下，玄武岩纤维 中网络形成体元素渗出，并且开始逐层腐蚀；正硅酸乙酯水解的纳米二氧 化硅颗粒附着在玄武岩纤维表面，可以避免玄武岩纤维的碱性腐蚀，提高 玄武岩纤维的耐碱腐蚀性能或延长其在碱性环境下的使用寿命。