[发明专利]用于混凝土的秸秆及聚合物复合纤维增强材料、其制备方法

说明书

一种用于混凝土的秸秆及聚合物复合纤维增强材料、其制备方法，属于复合纤维增强材料技术领域。该用于混凝土的秸秆及聚合物复合纤维增强材料包括体积分数为0.5％‑99.5％的秸秆和体积分数为0.5％‑99.5％的聚合物，秸秆和聚合物的体积分数合计100％；复合纤维增强材料为细长的扁平结构。本发明能够提高混凝土的抗拉强度，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及的是一种复合纤维增强材料领域的技术，具体是一种用于混凝土的秸秆及聚合物复合纤维增强材料、其制备方法。

背景技术

几十年来，纤维增强混凝土已在建筑业中得到了广泛的应用，并且纤维的发展也已经取得了长足的进步。钢和聚丙烯是两种应用最广泛的纤维增强材料。钢是与混凝土结合良好的最理想材料之一，而聚丙烯因其耐久性和延展性而得到了充分证明。

然而，钢和聚丙烯纤维在环境可持续性方面面临难题，并且在大规模应用中(例如，使用大量混凝土的大型工业底层楼板或大跨度结构)也很昂贵。钢铁生产会产生有害气体排放和废水污染，因而对环境有影响。特别是由于上世纪末开始出现的全球变暖和气候变化，使得二氧化碳排放处于环境政策问题的首位。同样，聚丙烯是最广泛使用的塑料形式之一，并且以其对环境和健康的危害而闻名。有毒塑料正以前所未有的数量损害着海洋生物。在意识到这些后果之后，人们才开始慢慢使用起可再生材料，这肯定也会影响到建筑材料。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种用于混凝土的秸秆及聚合物复合纤维增强材料、其制备方法，能够提高混凝土的抗拉强度，降低生产成本。

本发明第一方面提供一种用于混凝土的秸秆及聚合物复合纤维增强材料。该复合纤维增强材料可以被填充、涂覆或以其他方式改性。一般来说，可以使用任何类型可用于形成复合纤维增强材料的聚合物或秸秆，只要该聚合物或秸秆可以适当地制造、压制和切割成合适的尺寸，以便可将其添加到混凝土中。

本发明中秸秆可以表示为f(s)，来自稻子、小麦、玉米、大麦、小米等。

稻子和小麦产量大，是大多数地区的主食，也是秸秆的主要来源。稻子和小麦收割后，秸秆留在地里，用作动物饲料或在露天焚烧。在国内，露天焚烧稻草每年都会造成巨大的环境污染危机。产生秸秆的其他主要谷物还有玉米、大麦、小米和黑麦。玉米、小麦和稻米加起来占全世界谷物总产量的近90％，占所有食物卡路里的一半。因此，复合纤维增强材料的第一组分可以是稻子、小麦、玉米、大麦或任何其他谷类作物的秸秆。

不过，从根本上讲，秸秆是一种用作建筑材料的脆弱材料，材料密度较低，并且具有吸湿性。当与混凝土混合时，会显著降低混凝土的强度。而超强复合材料在航空航天业的高性能材料中很常见，但在建筑中很少使用。本发明将秸秆与聚合物混合制成复合纤维，目的是制成一种适用于混凝土复合纤维增强材料，提高混凝土的抗拉强度，减少开裂，并提供足够的延展性，以避免脆性破坏。

有几种聚合物已用于建筑业。聚合物是一种很长的分子，通常由同一种化合物多次重复构成。用于制造这些纤维的化合物来自石油基化学品或石化产品等原材料。这些材料通过将两个相邻的碳原子结合在一起而聚合成一种长的线性化学物质。不同的化合物将用于生产不同类型的合成纤维。最广泛使用的聚合物形式包括塑料、橡胶、热塑性弹性体、粘合剂、泡沫、油漆和密封剂。地板、窗户、覆层、雨水设施、管道、薄膜、密封件、玻璃、隔热材料和标牌等区域已经使用了聚合物及其不同形式，但是将聚合物用作结构材料仍处于萌芽阶段。

相对于丝、麻、羊毛和橡胶之类的天然聚合物，合成纤维具有坚固、耐用和防水的特性，并且可以进行热处理，从而轻松地制成复合纤维增强材料，因而复合纤维增强材料的第二组分可以是聚合物。合成纤维包括聚丙烯、聚乙烯醇、超支化聚合物、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙和聚乙烯。尽管每年生产的聚合物种类繁多，但上面列出的聚合物更便宜且易于获得，可以进行热处理以与秸秆混合。