CN114105508A - 隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法 - Google Patents

隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，包括以下步骤：首先使用丙酮溶液浸泡玄武岩纤维2小时，使用自来水完全冲洗干净，待其干燥后使用硅烷偶联剂‑无水乙醇溶液浸泡1小时后取出，然后置于120℃的烘箱中加热1h，使玄武岩纤维和硅烷偶联剂完全反应，冷却后即可使用，步骤二在硅烷偶联剂‑无水乙醇溶液浸泡前还采用玄武岩纤维进行热改进处理，然后置于表面改性液中处理。本发明KH560型硅烷偶联剂的活性基团可以与玄武岩表面形成氢键或共价键，且各单位基团以Si‑O主链脱水缩合，在纤维表面摊铺并形成连续的新面层，修补、填充、包裹纤维表面的缺陷，减少自身的薄弱环节。

Description

隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法
技术领域
本发明涉及玄武岩纤维技术领域，具体涉及隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法。
背景技术
喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将一定配合比的混凝土高速喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土。喷射混凝土施工简单快捷，省去支模、浇筑和拆模等工序，使混凝土的输送、浇筑和振捣结合为一道工序，节省了人力和物力，缩短了施工工期，并且喷射混凝土施工的灵活性大，广泛应用于隧道支护、隧道加固等狭小空间作业的环境。
但是喷射混凝土目前也存在一定的问题，比如回弹率(指喷射至结构上时，未附着(脱落)的混凝土高导致经济型差，如果通过调低风压降低回弹率，又会导致混凝土密实度降低。因而产生了添加纤维的纤维喷射混凝土，其中玄武岩纤维因其优异的性能已经开始广泛应用。
掺加玄武岩纤维之后，可以有效的降低喷射混凝土的回弹率，进而可以提高喷射机的风压，提高喷射速度和施工质量，但因纤维本身的特性，会导致混凝土的流动性变差，降低混凝土本身的流动性，导致施工速度减慢。
基于此，本发明提供一种隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，包括以下步骤：
步骤一，将玄武岩纤维在250℃的烘箱中加热2小时，冷却后置于丙酮溶液中浸泡2小时，取出后用自来水多次冲洗至干净，然后在自然环境中晾干；
步骤二，待其干燥后使用硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡1小时后取出，然后置于120℃的烘箱中加热1h，使玄武岩纤维和硅烷偶联剂完全反应，冷却后即可使用。
优选地，所述步骤二在硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡前还采用玄武岩纤维进行热改进处理，然后置于表面改性液中处理。
优选地，所述热改进处理的具体操作方法为：
S1：将玄武岩纤维于45-55℃下反应15-25min；
S2：然后置于亚磷酸钠溶液中进行反应10-20min，反应温度为65-75℃，反应转速为100-200r/min，反应结束；
S3：然后取出于75-95℃下保温5-10min，随后以1-3℃/min的速率升温至120℃，继续保温1-5min，保温结束，自然冷却至室温，即可。
优选地，所述亚磷酸钠溶液的质量分数为10-20％。
优选地，所述表面改性液的处理方法为将玄武岩纤维置于表面改性液中进行质子辐照处理，然后再采用等离子体处理，处理结束，即可。
优选地，所述质子辐照处理的功率为100-300W，处理时间为5-10min；等离子体处理的处理功率为50-100W，处理时间为10-20min。
优选地，所述质子辐照处理的功率为300W，处理时间为7.5min；等离子体处理的处理功率为75W，处理时间为15min。
优选地，所述表面改性液为质量分数10-20％的柠檬酸钠。
优选地，所述柠檬酸钠的质量分数为15％。
优选地，所述硅烷偶联剂-无水乙醇溶液的制备方法为：
将量分数0.6％-0.8％的KH560、0.2％-0.4％A172和0.1-0.2％KH902的硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，得到硅烷偶联剂-无水乙醇溶液。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明KH560型硅烷偶联剂的活性基团可以与玄武岩表面形成氢键或共价键，且各单位基团以Si-O主链脱水缩合，在纤维表面摊铺并形成连续的新面层，修补、填充、包裹纤维表面的缺陷，减少自身的薄弱环节；A172型硅烷偶联剂可以在纤维表面反应，使纤维表面疏水化，从而使纤维本身的分散性能更好，从根本上提高玄武岩纤维在混凝土体系中分散性，降低接团概率；KH902型硅烷偶联剂处理可以增强纤维之间的防静电能力，同样可以起到增强纤维在混凝土中分散性的效果；此外，KH902可在一定程度上软化玄武岩纤维，纤维***后，可以降低在混凝土搅拌过程中(一般是先搅拌砂子、石子和纤维的混合物)玄武岩纤维的损失(比如过硬可能导致被搅断)，在将来喷射混凝土中，对于提高喷射效率也有一定的帮助；
同时通过亚磷酸钠溶液处理，纤维表面活性能增加，经过热改进进一步的处理，进一步提高产品的活性能，同时经过柠檬酸钠活化后，配合质子辐照处理、等离子体处理，可显著增强产品的活性能，有利于后续硅烷偶联剂与纤维表面的结合能力，从而提高产品的整体改进效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
将质量分数0.6％-0.8％的KH560+0.2％-0.4％A172+0.1-0.2％KH902的硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，搅拌均匀后待用。
Figure BDA0003438275100000031
Figure BDA0003438275100000041
在玄武岩纤维的表面改性前，预先进行预处理：将玄武岩纤维在250℃的烘箱中加热2小时，冷却后置于丙酮溶液中浸泡2小时，取出后用自来水多次冲洗至干净，而后在自然环境中晾干。
待其干燥后使用第一步配置的硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡1小时后取出，然后置于120℃的烘箱中加热1h，使玄武岩纤维和硅烷偶联剂完全反应，冷却后即可使用。
改性后的玄武岩纤维的性能变化
(以KH560-0.7％；A172-0.3％；KH902-0.1％为代表的性能变化)：
拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％)
原纤维 2332 2.51
改性后纤维 2454 2.72
处理后的玄武岩纤维的抗拉强度提高了5.2％，断裂伸长率增加了8.4％，外观无明显变化。
混凝土性能方面
自身的流动性
Figure BDA0003438275100000042
坍落度、扩展度降低的更少，V漏时间相比未改性纤维的大幅减少，接近于未掺加玄武岩纤维混凝土；
Figure BDA0003438275100000051
混凝土强度
对混凝土的抗压强度无明显影响(都属于正常的试验误差)，可有效提高混凝土的抗折强度，且经过表面改性的玄武岩纤维和未经改性的无明显差别；
掺加玄武岩纤维的喷射混凝土的施工性能。
Figure BDA0003438275100000061
实施例1：
本实施例的隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，包括以下步骤：
步骤一，将玄武岩纤维在250℃的烘箱中加热2小时，冷却后置于丙酮溶液中浸泡2小时，取出后用自来水多次冲洗至干净，然后在自然环境中晾干；
步骤二，待其干燥后使用硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡1小时后取出，然后置于120℃的烘箱中加热1h，使玄武岩纤维和硅烷偶联剂完全反应，冷却后即可使用。
本实施例的步骤二在硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡前还采用玄武岩纤维进行热改进处理，然后置于表面改性液中处理。
本实施例的热改进处理的具体操作方法为：
S1：将玄武岩纤维于45℃下反应15min；
S2：然后置于亚磷酸钠溶液中进行反应10min，反应温度为65℃，反应转速为100r/min，反应结束；
S3：然后取出于75℃下保温5min，随后以1℃/min的速率升温至120℃，继续保温1min，保温结束，自然冷却至室温，即可。
本实施例亚磷酸钠溶液的质量分数为10％。
本实施例的表面改性液的处理方法为将玄武岩纤维置于表面改性液中进行质子辐照处理，然后再采用等离子体处理，处理结束，即可。
本实施例的质子辐照处理的功率为100W，处理时间为5min；等离子体处理的处理功率为50W，处理时间为10min。
本实施例的表面改性液为质量分数10％的柠檬酸钠。
本实施例的硅烷偶联剂-无水乙醇溶液的制备方法为：
将量分数0.6％的KH560、0.2％A172和0.1％KH902的硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，得到硅烷偶联剂-无水乙醇溶液。
实施例2：
本实施例的隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，包括以下步骤：
步骤一，将玄武岩纤维在250℃的烘箱中加热2小时，冷却后置于丙酮溶液中浸泡2小时，取出后用自来水多次冲洗至干净，然后在自然环境中晾干；
步骤二，待其干燥后使用硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡1小时后取出，然后置于120℃的烘箱中加热1h，使玄武岩纤维和硅烷偶联剂完全反应，冷却后即可使用。
本实施例的步骤二在硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡前还采用玄武岩纤维进行热改进处理，然后置于表面改性液中处理。
本实施例的热改进处理的具体操作方法为：
S1：将玄武岩纤维于55℃下反应25min；
S2：然后置于亚磷酸钠溶液中进行反应20min，反应温度为75℃，反应转速为200r/min，反应结束；
S3：然后取出于95℃下保温10min，随后以3℃/min的速率升温至120℃，继续保温5min，保温结束，自然冷却至室温，即可。
本实施例的亚磷酸钠溶液的质量分数为20％。
本实施例的表面改性液的处理方法为将玄武岩纤维置于表面改性液中进行质子辐照处理，然后再采用等离子体处理，处理结束，即可。
本实施例的质子辐照处理的功率为300W，处理时间为10min；等离子体处理的处理功率为100W，处理时间为20min。
本实施例的表面改性液为质量分数20％的柠檬酸钠。
本实施例的硅烷偶联剂-无水乙醇溶液的制备方法为：
将量分数0.8％的KH560、0.4％A172和0.2％KH902的硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，得到硅烷偶联剂-无水乙醇溶液。
实施例3：
本实施例的隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，包括以下步骤：
步骤一，将玄武岩纤维在250℃的烘箱中加热2小时，冷却后置于丙酮溶液中浸泡2小时，取出后用自来水多次冲洗至干净，然后在自然环境中晾干；
步骤二，待其干燥后使用硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡1小时后取出，然后置于120℃的烘箱中加热1h，使玄武岩纤维和硅烷偶联剂完全反应，冷却后即可使用。
本实施例的步骤二在硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡前还采用玄武岩纤维进行热改进处理，然后置于表面改性液中处理。
本实施例的热改进处理的具体操作方法为：
S1：将玄武岩纤维于50℃下反应20min；
S2：然后置于亚磷酸钠溶液中进行反应15min，反应温度为70℃，反应转速为150r/min，反应结束；
S3：然后取出于80℃下保温7.5min，随后以2℃/min的速率升温至120℃，继续保温3min，保温结束，自然冷却至室温，即可。
本实施例的亚磷酸钠溶液的质量分数为15％。
本实施例的表面改性液的处理方法为将玄武岩纤维置于表面改性液中进行质子辐照处理，然后再采用等离子体处理，处理结束，即可。
本实施例的质子辐照处理的功率为300W，处理时间为7.5min；等离子体处理的处理功率为75W，处理时间为15min。
本实施例的表面改性液为质量分数15％的柠檬酸钠。
本实施例的硅烷偶联剂-无水乙醇溶液的制备方法为：
将量分数0.7％的KH560、0.3％A172和0.15％KH902的硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，得到硅烷偶联剂-无水乙醇溶液。
实施例4：
本实施例的隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，包括以下步骤：
步骤一，将玄武岩纤维在250℃的烘箱中加热2小时，冷却后置于丙酮溶液中浸泡2小时，取出后用自来水多次冲洗至干净，然后在自然环境中晾干；
步骤二，待其干燥后使用硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡1小时后取出，然后置于120℃的烘箱中加热1h，使玄武岩纤维和硅烷偶联剂完全反应，冷却后即可使用。
本实施例的步骤二在硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡前还采用玄武岩纤维进行热改进处理，然后置于表面改性液中处理。
本实施例的热改进处理的具体操作方法为：
S1：将玄武岩纤维于47℃下反应20min；
S2：然后置于亚磷酸钠溶液中进行反应12min，反应温度为67℃，反应转速为120r/min，反应结束；
S3：然后取出于80℃下保温6min，随后以1.5℃/min的速率升温至120℃，继续保温2min，保温结束，自然冷却至室温，即可。
本实施例亚磷酸钠溶液的质量分数为12％。
本实施例的表面改性液的处理方法为将玄武岩纤维置于表面改性液中进行质子辐照处理，然后再采用等离子体处理，处理结束，即可。
本实施例的质子辐照处理的功率为120W，处理时间为6min；等离子体处理的处理功率为60W，处理时间为12min。
本实施例的表面改性液为质量分数12％的柠檬酸钠。
本实施例的硅烷偶联剂-无水乙醇溶液的制备方法为：
将量分数0.65％的KH560、0.25％A172和0.12KH902的硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，得到硅烷偶联剂-无水乙醇溶液。
实施例5：
本实施例的隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，包括以下步骤：
步骤一，将玄武岩纤维在250℃的烘箱中加热2小时，冷却后置于丙酮溶液中浸泡2小时，取出后用自来水多次冲洗至干净，然后在自然环境中晾干；
步骤二，待其干燥后使用硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡1小时后取出，然后置于120℃的烘箱中加热1h，使玄武岩纤维和硅烷偶联剂完全反应，冷却后即可使用。
本实施例的步骤二在硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡前还采用玄武岩纤维进行热改进处理，然后置于表面改性液中处理。
本实施例的热改进处理的具体操作方法为：
S1：将玄武岩纤维于52℃下反应22min；
S2：然后置于亚磷酸钠溶液中进行反应18min，反应温度为72℃，反应转速为180r/min，反应结束；
S3：然后取出于90℃下保温8min，随后以2℃/min的速率升温至120℃，继续保温4min，保温结束，自然冷却至室温，即可。
本实施例的亚磷酸钠溶液的质量分数为18％。
本实施例的表面改性液的处理方法为将玄武岩纤维置于表面改性液中进行质子辐照处理，然后再采用等离子体处理，处理结束，即可。
本实施例的质子辐照处理的功率为260W，处理时间为8min；等离子体处理的处理功率为80W，处理时间为18min。
本实施例的表面改性液为质量分数18％的柠檬酸钠。
本实施例的硅烷偶联剂-无水乙醇溶液的制备方法为：
将量分数0.7％的KH560、0.35％A172和0.18％KH902的硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，得到硅烷偶联剂-无水乙醇溶液。
产品热改进处理，然后置于表面改性液中处理的玄武岩纤维的喷射混凝土的施工性能。
Figure BDA0003438275100000111
从实施例1-5可看出，本发明经过热改进处理，然后置于表面改性液中处理的玄武岩纤维在混凝土中，产品性能得到进一步的改进。
MPa 7d抗压 28d抗压 7d抗折 28d抗折
实施例1 26.3 33.2 5.8 8.9
实施例2 26.4 33.4 5.9 9.1
实施例3 26.5 33.8 5.9 9.3
实施例4 26.2 33.1 5.8 9.0
实施例5 26.1 33.3 5.8 9.1
混凝土强度
改性后的产品对混凝土的抗压强度具有改进，可有效提高混凝土的强度性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将玄武岩纤维在250℃的烘箱中加热2小时，冷却后置于丙酮溶液中浸泡2小时，取出后用自来水多次冲洗至干净，然后在自然环境中晾干；
步骤二，待其干燥后使用硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡1小时后取出，然后置于120℃的烘箱中加热1h，使玄武岩纤维和硅烷偶联剂完全反应，冷却后即可使用。
2.根据权利要求1所述隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，其特征在于，所述步骤二在硅烷偶联剂-无水乙醇溶液浸泡前还采用玄武岩纤维进行热改进处理，然后置于表面改性液中处理。
3.根据权利要求2所述隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，其特征在于，所述热改进处理的具体操作方法为：
S1：将玄武岩纤维于45-55℃下反应15-25min；
S2：然后置于亚磷酸钠溶液中进行反应10-20min，反应温度为65-75℃，反应转速为100-200r/min，反应结束；
S3：然后取出于75-95℃下保温5-10min，随后以1-3℃/min的速率升温至120℃，继续保温1-5min，保温结束，自然冷却至室温，即可。
4.根据权利要求3所述隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，其特征在于，所述亚磷酸钠溶液的质量分数为10-20％。
5.根据权利要2所述隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，其特征在于，所述表面改性液的处理方法为将玄武岩纤维置于表面改性液中进行质子辐照处理，然后再采用等离子体处理，处理结束，即可。
6.根据权利要求5所述隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，其特征在于，所述质子辐照处理的功率为100-300W，处理时间为5-10min；等离子体处理的处理功率为50-100W，处理时间为10-20min。
7.根据权利要求6所述隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，其特征在于，所述质子辐照处理的功率为300W，处理时间为7.5min；等离子体处理的处理功率为75W，处理时间为15min。
8.根据权利要求5所述隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，其特征在于，所述表面改性液为质量分数10-20％的柠檬酸钠。
9.根据权利要求8所述隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，其特征在于，所述柠檬酸钠的质量分数为15％。
10.根据权利要求1所述隧道用玄武岩纤维喷射混凝土中玄武岩纤维的改性方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂-无水乙醇溶液的制备方法为：
将量分数0.6％-0.8％的KH560、0.2％-0.4％A172和0.1-0.2％KH902的硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，得到硅烷偶联剂-无水乙醇溶液。
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