[发明专利]一种异形聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种异形聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料及其制备方法，属于水泥浆材料技术领域。包括以下原料：水泥、石英砂、减水剂、异形聚乙烯醇纤维和水，其中，水砂比为1:(1.8‑2.4)；水灰比为(0.4‑0.55)：1；减水剂的掺量为水的0.1‑0.8wt％；异形聚乙烯醇纤维的体积掺量为复合材料总体积的0.5‑3％。本发明采用的异形聚乙烯醇纤维其强度高、异形度大且异形保持度好，能有效提高水泥基材料的耐久性和力学性能。

技术领域

本发明涉及水泥浆材料技术领域，具体涉及一种异形聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

自1824年波特兰水泥问世以来，水泥和水泥基材料已成为当今世界最大宗的人造材料。2019年我国累计水泥产量23.1亿吨。但水泥为脆性材料，存在抗裂性差、脆性大、抗拉强度低等不足，尤其是水泥基材料在外力作用下出现微细裂纹会降低建筑物的抗渗透能力，加速水泥基材料的碳化及钢筋锈蚀，进而裂纹逐步扩张导致失效，严重影响水泥基材料结构的安全性和耐久性。

纤维增强是实现水泥基材料高性能化的重要途径。纤维增强水泥基复合材料(FRCC)是以水泥为基体，以不连续的短纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。研究表明，纤维可有效约束水泥中裂纹的扩展，提高水泥基材料的韧性，可有效改善水泥基材料耐久性和力学等性能。目前常用的增强纤维是基于圆形截面的有机合成纤维，如聚丙烯(PP)纤维、聚乙烯(PE)纤维、聚丙烯腈(PAN)纤维、尼龙(PA)纤维、聚乙烯醇(PVA)纤维等，取得了较好的应用效果，但其对水泥基材料的耐久性和力学性能提升有限。

发明内容

本发明的目的是提供种异形聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料及其制备方法，以解决现有水泥基材料的耐久性和力学性能提升困难的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种异形聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料，包括以下原料：水泥、石英砂、减水剂、异形聚乙烯醇纤维和水，其中，水砂比为1:(1.8-2.4)；水灰比为(0.4-0.55)：1；减水剂的掺量为水的0.1-0.8wt％；异形聚乙烯醇纤维的体积掺量为复合材料总体积的0.5-3％。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述异形聚乙烯醇纤维的截面形状为三角形、四叶型、三叶型或波浪形一种或多种，其长度为6-22mm，其纤度为60-150dtex，其强度为6-12cN/dtex。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述异形聚乙烯醇纤维的制备步骤包括：

(ⅰ)将改性聚乙烯醇粉体在挤出-纺丝设备上进行熔融纺丝，经熔融挤出、过滤和计量后，从含异形喷丝微孔的喷丝板喷出，并对熔体细流侧吹风冷却，制得异形聚乙烯醇初生纤维；

(ⅱ)将异形聚乙烯醇初生纤维通过多级拉伸、湿热拉伸或干热拉伸以及热定型后，制得熔纺异形聚乙烯醇纤维。制得异形聚乙烯醇纤维的异形度为50～90％，且其异形度变化幅度小于或等于10％；其强度大于或等于6cN/dtex。

上述改性聚乙烯醇粉体为经物理或化学改性的聚乙烯醇粉体；

其中，物理改性聚乙烯醇粉体的步骤包括：将聚乙烯醇粉体与极性小分子和低分子量的辅助添加剂复合，或将聚乙烯醇粉体与高分子化合物复合制得；极性小分子包括水或甘油；低分子量的辅助添加剂包括酰胺、分子低于100万的聚氧化乙烯或分子量低于20000聚乙二醇；高分子化合物包括：淀粉、木质素、胶原、聚酰胺或聚交酯；

化学改性聚乙烯醇粉体的步骤包括：在聚乙烯醇分子链上共聚乙烯基单体，或在聚乙烯醇分子链上接枝丙烯酰胺、正丁基硼酸或苯基硼酸。对于物理改性和化学改性聚乙烯醇粉体属于现有技术，本发明不再对此进行过多描述。进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(ⅰ)中异形喷丝微孔的截面为三角形、三叶型、四叶型或扁平波浪型，且异形喷丝微孔的异形度为50％-90％。