CN110255945A - 一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维及制备方法。所述复合矿物纤维由以下步骤制得：a、在矿物纤维表面喷洒酸液制得改性矿物纤维；b、将硫酸钠、胶粉、硫酸加入水中混合研磨，得到浆状物；c、将改性矿物纤维加入浆状物后再加入晶型控制剂，得到混合浆体；d、将氯化钙加入混合浆体中，升温反应，洗涤，干燥，即得建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维。所述方法具有以下有益效果：本发明制得的柔性复合矿物纤维不仅可改善水泥混凝土路面的韧性，还可提高沥青混凝土的高温抗车辙性能、低温抗裂性能、耐疲劳性能，延长路面使用寿命，可广泛用于各类混凝土路面施工。

Description

一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维及制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及建筑混凝土增强纤维的制备，尤其是涉及一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维及制备方法。
背景技术
伴随经济建设的高速发展，现代交通对于公路混凝土和沥青路面建设质量提出了越来越高的要求，传统的沥青混合料和混凝土技术已经无法满足工程建设的需求，越来越多的新型材料正在进入公路建设。现有路面不但需要强度、耐磨性，而且需要耐开裂、降噪等。纤维作为一种高强、耐久、质轻的增强材料，在改进路面混凝土、沥青的力学性能、耐疲劳寿命、降噪性方面具有显著的作用。
长期以来，在建设高速等高等级公路时，大都在衬底使用钢筋增强，其不但使用工艺复杂，而且成本高。将微细纤维用于混凝土或沥青，同样具有增强的作用。如使用钢纤维、聚合物纤维，但钢纤维存在锈蚀，聚合物纤维存在降解，影响了使用寿命。矿物纤维如水镁石纤维、石棉纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等与混凝土、沥青相容性良好，不但成本低，而且与混凝土寿命一致，成为道路混凝土改性的优选材料。
专利申请号201610414707.6公开了一种玄武岩纤维混凝土，由下述重量份的原料组成的：鹅卵石500~700重量份、水泥140~160重量份、河沙100~900重量份、玄武岩纤维5~13重量份、火山灰3~5重量份、膨润土4~6重量份、混凝土再生骨科1100~1350重量份、粉煤灰100~105重量份、聚丙烯阻裂剂10~15重量份、重质碳酸钙200~300重量份、二氧化硅包覆二氧化钛6~8重量份。
专利申请号201410231233.2公开了一种纤维混凝土，由下列重量份的原料制成：聚丙烯纤维20~30重量份、硬脂酸钙2~4重量份、碳酸铵2~3重量份、热塑性聚氨酯6~8重量份、N甲基吡咯烷酮1~2重量份、矿物纤维20~30重量份、棉纤维10~15重量份、水泥160~180重量份、矿粉50~60重量份、石子520~550重量份、粉煤灰30~40重量份、河砂330~360重量份、水适量、助剂20~30重量份。
专利申请号201110447213.5公开了一种矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土，包括由橡胶粉粒、水泥、砂子、石子、减水剂和水组成的橡胶水泥混凝土，其还含有短切玄武岩纤维和分散剂甲基纤维素；短切玄武岩纤维含量为橡胶水泥混凝土体积的0.1~0.5%，分散剂含量为水重量的0.05~0.2%。
专利申请号200810030794.0公开了一种用于沥青混凝土的玄武岩矿物纤维，用玄武岩等矿物为原料制成，它的重量比化学成分为：SiO2 42~48.3%，Al2O3 11~16.2%，CaO 8~12.8%，MgO 11~14%，FemOn 4.8~8.6%，TiO2 0.8~2.3%，其它成分（K2O、NaO、B2O3、Cr2O3、MnO2）4.6～7.8%；纤维的平均粒度为4~8mm，平均纤维直径为0.004~0.006mm。
由此可见，现有技术中用于混凝土添加改性的矿物纤维，普遍存在柔性较差的问题，影响了对于混凝土的增韧效果。
发明内容
为有效解决上述技术问题，本发明提出了一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维及制备方法，可有效提高混凝土的增韧效果。
本发明的具体技术方案如下：
一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维的制备方法，所述复合矿物纤维是将矿物纤维利用酸液表面改性，然后加入硫酸钠、胶粉、硫酸和水研磨的浆状物，接着加入晶型控制剂和氯化钙进行反应而制得，具体的制备步骤为：
a、在矿物纤维表面均匀喷洒酸液，使纤维形成表面微孔缺陷，结束后洗涤、干燥，得到改性矿物纤维；
b、将硫酸钠、胶粉、硫酸加入水中，混合研磨至浆状，得到浆状物；
c、将步骤a得到的改性矿物纤维加入步骤b得到的浆状物中，再加入晶型控制剂，搅拌均匀，得到混合浆体；
d、将氯化钙加入步骤c得到的混合浆体中，缓慢搅拌并升温至80~90℃反应0.5~2h，将反应结束后的混合物料冷却至室温，洗涤，干燥，即得建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维。
优选的，所述步骤a中，矿物纤维为长纤维，选用长度大于5mm的石棉纤维、玻璃纤维中的至少一种。
优选的，所述步骤a中，酸液为硫酸溶液、硝酸溶液、氢氟酸溶液中的一种，酸液的质量浓度为10~20%。
优选的，步骤a中，矿物纤维60~70重量份、酸液30~40重量份。
优选的，所述步骤b中，胶粉为废旧轮胎回收胶粉。采用球磨、胶体磨等使硫酸钠、胶粉、硫酸形成细腻的浆状物，越细腻越容易在矿物长纤维表面均匀粘附浆状物，从而使下位的柔性越好。
优选的，步骤b中，硫酸钠15~20重量份、胶粉30~40重量份、硫酸2~4重量份、水36~53重量份；所述硫酸的质量浓度为60~80%。
优选的，所述步骤c中，晶型控制剂为氯化镁、氯化钾中的一种。
优选的，步骤c中，改性矿物纤维30~40重量份、浆状物52~66重量份、晶型控制剂4~8重量份。
优选的，所述步骤d中，氯化钙与混合浆体中硫酸钠的摩尔比例为1:1~1.5。
进一步提供由上述方法制备得到的建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维，通过在矿物纤维表面形成微孔缺陷，然后将废旧轮胎胶粉与硫酸钠形成浆体，浸在矿物纤维表面，然后加入氯化钙，通过晶型控制剂逐步在矿物纤维表面形成硫酸钙晶须，从而将胶粉牢固附着在矿物纤维表面，从而赋予矿物纤维具有良好的柔性。该柔性复合矿物纤维通过附着具有弹性功能的橡胶粉，在用于水泥混凝土路面作为增强材料时具有良好的纤维抗拉强度、韧性，可以降低混凝土的脆性，提高混凝土的抗裂性、抗冲击性和疲劳强度，改善水泥混凝土路面的韧性。也可以用于沥青路面可以提高沥青混凝土的高温抗车辙性能、低温抗裂性能、耐疲劳性能，延长路面使用寿命。可用于高速公路、重车专用道、机场跑道、滑行道、有筋骨要求的一般道路、钢结构桥铺设沥青混凝土面层、冷补、灌缝、路沿、桥面铺装等。
本发明的有益效果为：
1.提出了在矿物纤维表面形成硫酸钙晶须附着橡胶粉提高矿物纤维柔性的方法。
2.本发明制得的柔性复合矿物纤维用于水泥混凝土路面作为增强材料时，具有纤维抗拉强度高、韧性好的特性，可以降低混凝土的脆性，提高混凝土的抗裂性、抗折性和疲劳强度，改善水泥混凝土路面的韧性。
3.本发明制得的柔性复合矿物纤维用于沥青路面可以提高沥青混凝土的高温抗车辙性能、低温抗裂性能、耐疲劳性能，延长路面使用寿命。
4. 本发明制得的柔性复合矿物纤维可广泛于混凝土路面，在高速公路、重车专用道、机场跑道、滑行道、有筋骨要求的一般道路、钢结构桥铺设沥青混凝土面层、冷补、灌缝、路沿、桥面铺装等施工中。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
a、在矿物纤维表面均匀喷洒酸液，使纤维形成表面微孔缺陷或洁净化，结束后洗涤、干燥，得到改性矿物纤维；其中，矿物纤维65重量份、酸液35重量份；矿物纤维为长度大于5mm的玻璃纤维，酸液为质量浓度为15%的硫酸溶液；
b、将硫酸钠、胶粉、硫酸加入水中，混合后在球磨机研磨1h,研磨至浆状，得到浆状物；其中，硫酸钠18重量份、胶粉35重量份、硫酸3重量份、水44重量份；胶粉为废旧轮胎回收胶粉；硫酸的质量浓度为70%；
c、将步骤a得到的改性矿物纤维加入步骤b得到的浆状物中，再加入晶型控制剂氯化镁，搅拌均匀，得到混合浆体；其中，改性矿物纤维35重量份、浆状物57重量份、晶型控制剂6重量份；
d、将氯化钙加入步骤c得到的混合浆体中，缓慢搅拌并将升温至85℃反应1h，将反应结束后的混合物料冷却至室温，洗涤，干燥，即得建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维；氯化钙与混合浆体中硫酸钠的摩尔比例为1:1.2。
实施例2
a、在矿物纤维表面均匀喷洒酸液，使纤维形成表面微孔缺陷或洁净化，结束后洗涤、干燥，得到改性矿物纤维；其中，矿物纤维62重量份、酸液38重量份；矿物纤维为长度大于5mm的石棉，酸液为质量浓度为12%的硝酸溶液；
b、将硫酸钠、胶粉、硫酸加入水中，混合后在球磨机研磨1.5,研磨至浆状，得到浆状物；其中，硫酸钠16重量份、胶粉33重量份、硫酸3重量份、水48重量份；胶粉为废旧轮胎回收胶粉；硫酸的质量浓度为60%；
c、将步骤a得到的改性矿物纤维加入步骤b得到的浆状物中，再加入晶型控制剂氯化钾，搅拌均匀，得到混合浆体；其中，改性矿物纤维32重量份、浆状物63重量份、晶型控制剂5重量份；
d、将氯化钙加入步骤c得到的混合浆体中，缓慢搅拌并将升温至82℃反应1.5h，将反应结束后的混合物料冷却至室温，洗涤，干燥，即得建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维；氯化钙与混合浆体中硫酸钠的摩尔比例为1:1.1。
实施例3
a、在矿物纤维表面均匀喷洒酸液，使纤维形成表面微孔缺陷或洁净化，结束后洗涤、干燥，得到改性矿物纤维；其中，矿物纤维67重量份、酸液33重量份；矿物纤维为长度大于5mm的玻璃纤维，酸液为质量浓度为18%的氢氟酸溶液；
b、将硫酸钠、胶粉、硫酸加入水中，混合后在球磨机研磨1h,得到浆状物；其中，硫酸钠19重量份、胶粉38重量份、硫酸4重量份、水39重量份；胶粉为废旧轮胎回收胶粉；硫酸的质量浓度为80%；
c、将步骤a得到的改性矿物纤维加入步骤b得到的浆状物中，再加入晶型控制剂氯化镁，搅拌均匀，得到混合浆体；其中，改性矿物纤维38重量份、浆状物55重量份、晶型控制剂7重量份；
d、将氯化钙加入步骤c得到的混合浆体中，缓慢搅拌并将升温至88℃反应1h，将反应结束后的混合物料冷却至室温，洗涤，干燥，即得建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维；氯化钙与混合浆体中硫酸钠的摩尔比例为1:1.4。
实施例4
a、在矿物纤维表面均匀喷洒酸液，使纤维形成表面微孔缺陷或洁净化，结束后洗涤、干燥，得到改性矿物纤维；其中，矿物纤维60重量份、酸液40重量份；矿物纤维为长度大于5mm的玻璃纤维，酸液为质量浓度为10%的硫酸溶液；
b、将硫酸钠、胶粉、硫酸加入水中，混合后在球磨机研磨1.5h,，得到浆状物；其中，硫酸钠15重量份、胶粉30重量份、硫酸2重量份、水53重量份；胶粉为废旧轮胎回收胶粉；硫酸的质量浓度为65%；
c、将步骤a得到的改性矿物纤维加入步骤b得到的浆状物中，再加入晶型控制剂氯化钾，搅拌均匀，得到混合浆体；其中，改性矿物纤维30重量份、浆状物66重量份、晶型控制剂4重量份；
d、将氯化钙加入步骤c得到的混合浆体中，缓慢搅拌并将升温至80℃反应2h，将反应结束后的混合物料冷却至室温，洗涤，干燥，即得建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维；氯化钙与混合浆体中硫酸钠的摩尔比例为1:1。
实施例5
a、在矿物纤维表面均匀喷洒酸液，使纤维形成表面微孔缺陷或洁净化，结束后洗涤、干燥，得到改性矿物纤维；其中，矿物纤维70重量份、酸液30重量份；矿物纤维为长度大于5mm的石棉纤维，酸液为质量浓度为20%的硝酸溶液；
b、将硫酸钠、胶粉、硫酸加入水中，混合后在球磨机研磨1h,，得到浆状物；其中，硫酸钠20重量份、胶粉40重量份、硫酸4重量份、水36重量份；胶粉为废旧轮胎回收胶粉；硫酸的质量浓度为75%；
c、将步骤a得到的改性矿物纤维加入步骤b得到的浆状物中，再加入晶型控制剂氯化镁，搅拌均匀，得到混合浆体；其中，改性矿物纤维40重量份、浆状物52重量份、晶型控制剂8重量份；
d、将氯化钙加入步骤c得到的混合浆体中，缓慢搅拌并将升温至90℃反应0.5h，将反应结束后的混合物料冷却至室温，洗涤，干燥，即得建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维；氯化钙与混合浆体中硫酸钠的摩尔比例为1: 1.5。
对比例1
a、在矿物纤维表面均匀喷洒酸液，使纤维形成表面微孔缺陷或洁净化，结束后洗涤、干燥，得到改性矿物纤维；其中，矿物纤维65重量份、酸液35重量份；矿物纤维为长度大于5mm的玻璃纤维，酸液为质量浓度为15%的硫酸溶液；
b、将胶粉加入水中，混合后在球磨机研磨1h,研磨至浆状，得到浆状物；胶粉35重量份、水44重量份；胶粉为废旧轮胎回收胶粉；
c、将步骤a得到的改性矿物纤维加入步骤b得到的浆状物中，其中，改性矿物纤维35重量份、浆状物57重量份；干燥，即得建筑混凝土路面专用复合矿物纤维。
对比例1相比于实施例1直接将胶粉与矿物纤维复合，没有采用形成硫酸钙固定胶粉的方法，矿物纤维柔性未能有效改善。
上述实施例1~5及对比例1制得的柔性复合矿物纤维，用于混凝土测试其水泥混凝土抗折强度。测试表征的方法或条件如下：
P. O42.5水泥350kg、萘系减水剂8kg，实施例1-5、对比例1制得的复合矿物纤维10kg，混合均匀，加入10-30mm的沙砾和水，水灰比0.4，砂率0.3，制成试块，标准条件下养护28d，试验机进行测试抗折强度。
结果如表1所示。
表1：

Claims (10)

1.一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维的制备方法，其特征在于：所述复合矿物纤维是将矿物纤维利用酸液表面改性，然后加入硫酸钠、胶粉、硫酸和水研磨的浆状物，接着加入晶型控制剂和氯化钙进行反应而制得，具体的制备步骤为：
a、在矿物纤维表面均匀喷洒酸液，使纤维形成表面微孔缺陷，结束后洗涤、干燥，得到改性矿物纤维；
b、将硫酸钠、胶粉、硫酸加入水中，混合研磨至浆状，得到浆状物；
c、将步骤a得到的改性矿物纤维加入步骤b得到的浆状物中，再加入晶型控制剂，搅拌均匀，得到混合浆体；
d、将氯化钙加入步骤c得到的混合浆体中，缓慢搅拌并升温至80~90℃反应0.5~2h，将反应结束后的混合物料冷却至室温，洗涤，干燥，即得建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维。
2.根据权利要求1所述一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，矿物纤维为长纤维，选用长度大于5mm的石棉纤维、玻璃纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，酸液为硫酸溶液、硝酸溶液、氢氟酸溶液中的一种，酸液的质量浓度为10~20%。
4.根据权利要求1所述一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维的制备方法，其特征在于：步骤a中，矿物纤维60~70重量份、酸液30~40重量份。
5.根据权利要求1所述一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，胶粉为废旧轮胎回收胶粉。
6.根据权利要求1所述一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维的制备方法，其特征在于：步骤b中，硫酸钠15~20重量份、胶粉30~40重量份、硫酸2~4重量份、水36~53重量份；所述硫酸的质量浓度为60~80%。
7.根据权利要求1所述一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，晶型控制剂为氯化镁、氯化钾中的一种。
8.根据权利要求1所述一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维的制备方法，其特征在于：步骤c中，改性矿物纤维30~40重量份、浆状物52~66重量份、晶型控制剂4~8重量份。
9.根据权利要求1所述一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤d中，氯化钙与混合浆体中硫酸钠的摩尔比例为1:1~1.5。
10.权利要求1~9任一项所述方法制备得到的一种建筑混凝土路面专用柔性复合矿物纤维。
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