[发明专利]一种改性钢纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性钢纤维及其制备方法。改性钢纤维包括：钢纤维、镀于其上的铜镀层以及与铜镀层的表面通过共价键和物理吸附作用连接的高分子层，该高分子层由3‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)和3‑巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)缩合而成。制备方法包括：将MPS和MPTS在溶剂中混合均匀，将pH值调节至酸性，搅拌反应后加入预处理后的钢纤维，继续搅拌反应并处理后得到改性钢纤维。本发明的改性钢纤维既能够增强与水泥基体的粘结力，又具有优良的耐腐蚀性能。

技术领域

本发明属于金属材料和建筑材料技术领域，涉及一种改性钢纤维及其制备方法。

背景技术

钢纤维可以较有效地阻止裂缝的扩展，因此，可以用钢纤维来增强混凝土构件，由此产生的裂缝更细密，使得腐蚀介质不易侵入到混凝土内部，故钢纤维混凝土的抗裂性能和抗腐蚀性能都优于普通钢筋混凝土。

当钢纤维混凝土受力后，其破坏形态是：大量的钢纤维在一定的长径比情况下从断裂面被拔出，但是却没有被拉断，此时钢纤维拔出应力远远低于其屈服强度，说明钢纤维增强混凝土的潜力远未充分发挥，这将大大影响钢纤维的增强效率。

另一方面，目前的研究对钢纤维混凝土腐蚀问题的关注和重视都远不够，多数工程仍以钢筋混凝土的腐蚀情况为参照，乐观地估计钢纤维混凝土的耐腐蚀性能。国内部分钢纤维混凝土(如高性能合成纤维混凝土，科学出版社:2003；粗合成纤维混凝土抗氯离子腐蚀性试验研究，全国纤维混凝土学术会议，2006；钢纤维混凝土腐蚀前后的弯曲韧性研究，山东科技大学学报(自然科学版)2007，26(5)，30-35)经不同条件腐蚀后力学性能变化情况如下表1所示：

表1不同类型的钢纤维腐蚀情况表

可见，混凝土中的钢纤维在比较严重的腐蚀条件下，腐蚀情况是非常严重的。

若要充分发挥钢纤维的潜力，一种观点是使钢纤维与基体的粘结性能与钢纤维的抗拉性能相匹配，当钢纤维混凝土破坏时，应使界面粘结力和纤维拉应力同时达到最大，同时增强对钢纤维腐蚀的防护，避免钢纤维在恶劣腐蚀环境下发生腐蚀，导致其与基体材料结合力减弱，使得水泥基材料中裂缝增多，又会进一步加速腐蚀这样的恶性循环。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种改性钢纤维及其制备方法，其既能够增强与水泥基体的粘结力，又具有优良的耐腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种改性钢纤维，其包括：钢纤维、铜镀层和高分子层。

其中，铜镀层镀于钢纤维的表面。

高分子层与铜镀层的表面通过共价键(如单硫键)和物理吸附作用连接，由3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(3-methacryloxy-propyl-trimethoxy-silane，简写MPS)和3-巯基丙基三甲氧基硅烷(3-mercapto-propyl-trimethoxy-silane，简写MPTS)缩合而成。3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)和3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)的质量比为1:1。

所述铜镀层的厚度为0.001mm±10％，所述钢纤维的直径为0.2mm±5％，所述铜镀层的厚度与钢纤维的直径之比在(1:117)～(1:86)之间。

一种改性钢纤维的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、对镀铜的钢纤维的表面进行预处理，得到预处理后的纤维；

(2)、将3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)和3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)在溶剂中混合均匀，将pH值调节至酸性条件，搅拌特定时间，得到改性液；

(3)、在改性液中加入预处理后的纤维，进行搅拌反应，后处理后，得到改性钢纤维。