[发明专利]一种复合粗纤维、采用该复合粗纤维改性的混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合粗纤维、采用该复合粗纤维改性混凝土及改性混凝土的制备方法，由基料和纤维束组成，所述基料的质量占比为20‑50％。本发明的复合粗纤维与普通合成纤维相比具有较高的杨氏模量(50‑100GPa)和较大抗收缩应力，与混凝土之间有较好的粘结锚固作用，可以有效吸收裂缝处的应力，抑制裂缝的形成和开展。

技术领域

本发明涉及道路建设技术领域，尤其涉及一种复合粗纤维。本发明还涉及一种采用该复合粗纤维改性混凝土及改性混凝土的制备方法。

背景技术

目前交通道路重载、超载情况严重且普遍，导致普通路面病害多，寿命短，并造成国家建设资本的大量浪费。交通荷载作用及环境变化可产生不同类型的裂纹，其中反射裂纹危害最大。

现阶段采用两种方式来减缓反射裂纹的产生。一种是使用半刚性基层，半刚性基层的大量使用使得道路基层有了高强度及良好的稳定性，延长了道路的寿命；另一种是在旧水泥路面上加铺沥青面层(所谓“白加黑”)。这些形式的路面结构能吸收两种材料的优点，“刚柔相济”，即半刚性基层或水泥混凝土面板提供了稳定、坚实的基层，沥青路面提供了抗滑系数较高、平整度好的面层，大大改善了路面的使用性能。然而这种复合结构涉及刚性、柔性两种路面结构形式，不仅材料差异大，而且旧水泥混凝土面板上存在接缝和裂缝及错台、脱空等损坏现象，使得复合结构中奇异部位突出，这就会在罩面层对应于旧水泥混凝土面板接缝、裂缝的位置上出现反射裂缝。重载、超载及高流量的作用下，加上环境因素的负效应(雨水、氧化)常常使裂缝迅速扩散，造成道路快速破损。

为了解决上述问题，实际生产中采用纤维混凝土代替普通的混凝土，来改善水泥混凝土的性能，这在一定程度上减缓了道路的破损。纤维混凝土是合成纤维和混凝土构成的复合材料，其增强机理是纤维在混凝土裂缝处吸收了应力，抑制了裂缝的形成和开展，合成纤维的加固能力取决于纤维与混凝土的粘结锚固能力，抗拉强度和杨氏模量。合成纤维主要是聚丙烯纤维(polypropylene fibre)，按照纤维直径大小可分为直径小于100微米的细纤维与直径大于100微米的粗纤维。

混凝土在不同龄期均会产生裂缝。在早龄期，由于混凝土不够密实，在自身收缩应力的作用下会产生微裂缝。例如在混凝土浇筑完3h内，混凝土的抗压应力小于3MPa，收缩应力小于0.3MPa，杨氏模量小于5GPa，细合成纤维的杨氏模量一般只有3-5GPa，细合成纤维与混凝土之间有很好的粘结锚固性能，对于抑制混凝土的早期裂缝非常有效；24h后混凝土的各种性能都得到了增强，抗压应力会大于10MPa，收缩应力会大于1MPa，杨氏模量会超过15GPa，此时细合成纤维由于杨氏模量较低，不能有效抑制裂缝的发展。以往用钢纤维阻止硬化混凝土的开裂，提高混凝土韧性与抗冲击性能，但钢纤维存在锈蚀的问题，且掺量高时施工中有结团现象，也会磨损或损害搅拌器/车的圆筒及输送管道。粗合成纤维是一种新型的增强增韧材料，耐腐蚀，易分散，掺量低于钢纤维，能提高混凝土的抗干缩开裂与韧性，在恶劣环境中能替代钢纤维或焊接纤维网，抵抗温度应力，在路面工程中使用也不会损坏交通工具的轮胎。

但是，由于聚丙烯为疏水性聚合物，与混凝土基材没有可以相互作用的官能团，纤维与基材之间的界面性能受限，限制了聚丙烯粗纤维对混凝土的增韧效果。

中国专利ZL200410033670.X公开了一种混凝土用增强型改性聚丙烯粗纤维及其制备方法，其纤度为64-9300旦尼尔，当量直径为0.1mm-1.2mm，抗拉强度为280-500MPa，弹性模量为3800-5000MPa，极限拉伸率为15％-30％。并通过用含有亲水基团的高分子化合物与聚丙烯共混，固化前再经过物理和化学的方法对粗纤维表面进行凹凸螺纹处理，从而使粗纤维与混凝土之间有良好的握裹力，改善或提高混凝土的韧性，抗冲击，抗裂，抗冻，防渗，弯拉以及耐久性等综合性能。

中国专利ZL200620024146.5公布了一种工程用碳塑加强筋，其特点是在直径为0.5-0.8毫米的柱面上轴向分布有若干个相互平行的“V”或“U”形凹槽。