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改性聚丙烯 纤维水 泥基复合材料

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-12-08  浏览次数:70
核心提示:(华 南理工 大学 材料学 院 广 州 5 1064 1) (广东工 业 大学 )摘 要: 研究 了 同段性聚阿烯纤维水泥 基复台 材料 的力 学性能
(华 南理工 大学 材料学 院 广 州 5 1064 1) (广东工 业 大学 )
摘 要: 研究 了 同段性聚阿烯纤维水泥 基复台 材料 的力 学性能, 结 果 表明 . 用 二 苯进行 物理表 面改性的 聚丙 烯纤维掺和
硅烷偶 联剂改性的聚 由烯纤维能啊救提高水泥 砂颦 的抗折强度 和 抗 强度 ,有r f泛的 应用 前景
关键 词 : 聚丙 烯纤维 改性 剂 止 泥基复台 材料
0 前 言
聚 丙 烯纤 维 用 于 水 泥 砂 浆 和混 凝 土 中 , 能抑 制 水
泥 砂浆和混凝土的 塑性收缩 微裂缝 , 提高水泥 制 品的
韧 性 , 多方 面地改善水泥 基复合材料的性 能。 聚丙烯
纤维 包括单丝 、 膜裂纤维 、 短切 纤维 、 网 状纤维“
等 : 它们 的化 学 性 能 稳 定 、 耐 酸 碱 、 耐 老 化 , 在 水 泥 基
复合 材 料 中可 长 期 保 持 优 异 的 性 能 。 聚 丙 烯 纤 维 还
具有 掺 混 工 艺 简 单 、 掺 量 少 、 价 格 低 等 优 点 , 在 公 路 及
桥 梁 、隧 道 、机 场 跑 道 、工 业 与 民用 建 筑 、 港 口 码 头 、水
利 工 程 等 建 筑 工程 中 , 得 到 了 广 泛 应 用 。 但 是 , 聚雨
烯与水泥 的 相 容性差 。 水泥 不 易 附在 未改性的纤 维表
面 , 这 就 减小 了 聚 丙 烯 纤 维 的 增 强作 用 , 而且 纤 维 在
水泥 基 材 料 中 的分 散 性 也 不 好 。 为 了 提 高 聚丙 烯 纤 维
的 效 果 , 改善 纤 维 与 水 泥基 体 界 面 之 间 的作 用 非 常 重
要 , 为 了 达到 这 一 目 的 , 可 采 用 表 面接 棱 方 法 或 改
变 晶型的方 法17.8I。 我们 用 不 同表面改性剂对聚丙 烯纤
维 表 面 进 行改 性 , 井 研 究 了 不 同改 性 纤 维对 水 泥 砂浆
的 增 强 与增 韧 作 用 , 取得 了 满 意 的效 果 。
I 改性 实 验
1 1 原 材 料
水 泥 425 普 通 硅 酸 盐 水 泥
砂 福建 产 标 准砂
聚丙烯 纤 维 长丝 , 直 径 24/Zm
化学试剂 二 甲苯 (化学纯) ,无水 乙醇 (化学纯 ) ,
高锰 酸钾 (分析纯) , 重铬酸钾 (分析纯 ) , 氧化铬 (分析
纯 ) , 95 %硫 酸 {分 析 纯 )
硅 皖偶 联 剂 sj 一69
1 2 聚 丙 烯 纤 维 表 面改 性
聚丙 烯纤维的化学性质 不 活泼 , 极性 小 , 对水泥
基体 的亲 和 力 不 够 理想 。 为 了增 强 聚 丙 烯 纤 维 对水 泥
的 附着 力 . 我 们 在 室 温 下 对纤 维进 行 了 表 面改性 , 用
具 有 强 氧 化 性 的 溶 液 与 聚 丙 烯 纤 维 表 面 进 行 化 学 反
应 . 在 聚丙 烯 纤 维 表 面层 引 八 羰 基 、羟 基 驶 羧 基等 极 性
基 团 ,从而 提高纤维 的表面极性 ,改善纤维与水泥 的亲
合 性
按 高锰酸钾 : 浓硫 酸 : 水 = 5 : 100 : 8 (质量 比 ) 配制
氧化 液 A ; 按 重铬 酸 钾 : 浓 硫 酸 : 水 = 7 : 150 : 12 (质 量
比 )配制 氧化液 B ;按 氧化铬 : 浓硫 酸 : 水 = 50 :37 : 80 (质
量 比 ) 配制 氧 化 液 C 。
将 聚丙 烯 纤 维 浸 泡 在 不 同的 氧化 液 中进 行 表 面处
理 , 处理 时 间为 120roln , 到 规 定时 间 后取 出 , 用蒸 馏 水
洗净并晾干 ,切 成 20m m 长备用 。
作为 对 比 , 我们 还用 硅烷偶 联剂对 聚丙 烯纤维表
面进 行 处 理 , 硅烷 偶 联 剂 一 端 能 与 纤 维 表 面结 合 而 另
端能与 水泥 的 表面活性基团 反 应 , 将纤维与 水泥联
结 在 一 起 。 将 si 一69 用 元 水 乙醇 配 成 1 O % 的稀 释 液 ,
将 切 成 20m m 长的 聚丙 烯纤 维浸泡 在 sj一69 稀释液
中 ,30m in 后 取 出晾干直接加 入水泥砂浆 中使用 。
此 外 , 我 们 还 用 二 甲苯 对 聚丙 烯纤 维 进 行 物 理 改
性 , 将 聚丙 烯纤 维 浸 泡 在 二 甲苯 溶 液 中 , 聚 丙烯 纤 维 表
面的 无定形部 分将部 分溶解在二 甲 苯中 , 在纤维表 面
形成微孔和 微裂纹 , 这些微孔和微 裂纹 有利 于水 泥砂
浆渗透进纤维 内部 , 最终达到提高纤维 与水泥 结 合强
度 的 目的 。
1 .3 纤 维水 泥 附着 性 测 试
为 了评估 各种 不 同改性方法的 效果 , 我们 进行 了
水泥 对聚丙 烯纤维附着性大小 的 测 试。 将纤维长 度 为
10zm 的改性纤维浸泡在水 灰 比为 0 .5 的净浆 中 , 搅拌
3 分钟 , 用 镊子在一头 取出 , 滴干水, 用 滤纸吸掉附在
纤维末端的水滴 ,称重 ,计算纤维 的水泥吸附量。 每种
改 性 纤 维 测 10 个 试 样 , 将 测试 结 果 去掉 最 大 值 和 最小
值 , 得 出统 计 平 均 值 (见 表 1) 。
辫雄黎泥袭嚣皓畦晶
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黄 承亚 龚克成 李 红 改性 聚丙烯纤 维水泥基 复合 材料力 学性 能研究
表 】 不 同蚀性剂对纤维的水泥 附着性大小 的影响
袭 2 改性聚丙 烯纤维对木泥 砂浆抗折及 抗压强度 的 影响
表 3 = 甲 苯改性纤维掺^ 量对水 泥砂浆抗折置抗压强度 的影响
由测 试 结 果可 以看 出 . 用 氧化 液 处 理 的纤 维 水 泥
吸 附 量 LL- 甲苯 和 硅 氧烷 处 理 的纤 维 吸附量 小 , 二 甲
苯 和硅 烷偶 联剂溶 液对 聚丙 烯纤维 的 表面 改性效果
较好 。 因 此 , 本文 选用 二 甲苯 和硅烷偶 联剂溶液改性
的 聚丙 烯纤维进行水泥 砂浆 的增 强增韧 研究 。
1.4 纤维水泥 基复合材料配 比与 试样 制各
为 了 研 究 改性 聚 丙烯 纤 维 增 强增 韧 的效 果 , 对水
泥砂 浆 、 掺 未改 性 的纤 维 水 泥砂 浆 、 掺 二 甲 苯 改性 的
檗 丙 烯 纤 维 水 泥 砂 浆 和 掺 硅 烷 偶 联 剂 改 性 的 聚 丙 烯
纤维水泥砂浆进行 了对 比研究 。 试验采用 的灰砂 比为
1 50 , 水 灰 比 为 0 .45 , 纤 维 掺入 量为 0 .6 —1. 8 (ke:,/
)
试 样 制各 : 先 将 砂 子 与 纤 维 干拌 均 匀 , 再 加 入 水
泥 、 水, 充 分搅拌均 匀 。 将搅拌好的 拌合物置入钢模 ,
经振动 后 刮平顶面 , 养护 24 小 时脱模 , 在水 中继续养
护 , 井分别 测 试养护 3 天 、7 天 、 14 天和 28 天试样的 抗
折 与抗 压 强 度 。 抗 折 强 度 采 用 KZY 一500 型 电 动抗 折
仪进行测 试 , 试件尺寸 为 4cm ×4cm × 16era ; 抗压强度
用 N Y L 一500 型 压 力试 验 机 测 试 。
2 结 果 与讨 论
2 1 改性聚丙 烯纤维对水泥砂浆 力学性能的 影响
在水泥 砂浆中 掺入一 定 量 (0 .9k / ) 的 聚丙 烯
纤维后 , 纤维在砂浆 内部 形成的 均 匀乱 向分布 , 可 以
有效地减少 水泥砂浆 的收缩裂缝 , 减少 试样的 缺陷 。
由 表 2 可知 , 在水 中养护 28 天后 , 掺未改性聚丙 烯纤
维 可 提 高 水 泥 砂 浆 的 抗 折 强 度 约
4 %。 增 韧 效果 最好 的是二 甲苯改性聚
丙 烯纤维 , 抗折强度 比未掺纤维试样提
高 了 10 % , 与 纤 维 的水 泥 附 着 性 测 试
结 果 ~ 致 。 说 明 用 二 甲苯 改 性 的聚丙 烯
纤 维 表 面 的微 孔 和 微 裂纹 , 有 利 于 水 泥
砂 浆附着 , 增 强了 纤维与 水泥结 合的强
度 , 在试样受力 时纤维不 被拔 出 , 从而
提 高 了 试 样 的 抗 折 性 能 硅 烷 偶 联 剂 改
性 的 聚 丙 烯 纤 维 比 未 改 性 的 纤 维 有 更
好 的增 韧 作 用 ,但 不如 二 甲苯改性的纤
维 , 可 能 是 因为 聚 丙烯 纤 维 表 面 的 化 学
活 性 太 低 , 没 有 与 硅 烷偶 联 剂 产 生 足 够
交 联 的缘 故 。 在测 试 过 程 中还 发 现 , 未
加 纤维 的水泥 砂浆抗折测 试 后 , 试样呈
脆 性 破 坏 , 断 裂 发 生 在试 件 中央 , 断裂
面 比较 平 整 : 而 聚 丙 烯纤 维 水 泥 砂 浆 断
裂后 , 试件虽 有裂缝仍操持完整 , 说明
改 性 纤 维 起 到受 力 筋 的作 用 , 承 受 了 由
界 面 传 递 的力 的作 用 , 提 高 了 水 泥 砂 浆 的 承 力作 用
聚 丙 烯纤 维对 水 泥 砂 浆 的 抗 压 强 度 有 一 定 程 度 的
提高 ,而改性纤维 比未改性纤维的 增 强效果 略好 (见表
2) 。 纤维增 强水泥砂浆抗压强度 的提 高是因 为纤维分
散在水泥 基体 中 , 减少 了 水泥基 复合材料 的缺 陷与 微
裂纹数量, 且纤维受力 后 还能将应力 分散 ,提高了试样
整体 承 受 外 力 的 能力 。
2 . 2 二 甲 苯 改 性 聚 丙 烯 纤 维 的 用 量 对 水 泥 砂 浆 力 学
性能的影 响
选 用 有 较 好 增 强 效 果 的 二 甲 苯改 性 聚丙 烯 纤 维 进
行变量研究 , 结 果 见表 3。 随着改性纤维用 量的增 加 ,
水泥砂浆 的抗折强度 和 抗压强 度 都在增 加 , 但用 量超
过 0 9kg/m ] 后 , 增 加 的 幅 度变 小 , 图 1 可 清 楚 地看 到 这
0 5 J0 J5 加 3 D
养护 天数(天)
图 I 二 甲 苯改 性聚丙 烯纤维蠕加量对东 泥 砂浆抗折强度 的影响
纤舞水躔殛其刹品 41
8 7 ● 6 5 4 3
一 兰 瞬 辖鞲
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200 1 年第 6 期 混凝土 与水泥 制 品 总第 122 期
趋 势 随着 纤 维 用 量 的增 加 , 水 泥 砂 浆 的成 本 也 将
不 断增 加 , 因而 , 通过增 加 纤维的 掺入量来提高水泥
砂 浆 的 性 能是 不 经 济 的 。 纤维 用 量 越 多 , 在 水 泥 砂 浆
中越难拌匀 . 且砂浆 的力 学性能.t~ /m 不 多 , 所 以改性
纤 维 的最 佳 用 量 为 0 .9kg/m ~左 右 :
3 结论
水 泥 砂浆 中加 八 少 量 的 聚丙 烯 纤维 可以 提 高水
泥砂 浆 的抗 折 和 抗压 强 度 聚丙 烯 纤 维 经 二 甲 苯 物理
改 陛后 , 纤 维表 面会 产 生 大 量 的微 L和 微 裂 纹 , 提 高
了 水 泥 砂 浆 的 附 着 性 , 增 加 了 纤 维 与 水 泥 结 合 的 强
度 , 用 二 甲苯改性纤 维掺 人水泥 砂浆 中 , 能进一步提
高 水 泥砂 浆 的抗 折 性 能 和抗 压 性 能 。 硅 烷偶 联 剂 也 有
较好 的改性效果 , 但其抗 折强度 的提高效果 比二 甲苯
改 性 后 的纤 维 稍 逊 改 性 纤维 在水 泥 砂 浆 中 的最 佳用
量 为 0 9kg/ 左 右 , 超 过 这一 用 量 , 纤 维 对 水 泥砂 浆
的增强 增 韧 效果 提 高将 不 明显 。
参 考 文 献
【】】 戴 建国 、 黄承逵, 网状聚丙 烯纤维混凝 十的 试验研究 . 混凝土与
水泥 制 品 、1999 年第 4 期
【2 】 剂 兰强 、 曹 诚 . 聚丙 烯 野 维 在 i}6雒 L 中 的阻 裂 艘府 研 究 , 公 路 .
2000 年 第 6 期
l3 】 答 章 昭 , 倪 梦 象 樊 钧 等 ,合 成 纤 维 混凝 士的 性 能 及 其工 程 应 用 .
建筑材 料学报 . 1999 年第 2 期
[4】 D J H m , Dum b[1i~ D『p。lyp坤p en fi be~ in portl~ d cem ent—
ba d c。刖 0sl【 : ei曲【 y a data, Cem ent d Coy o te .
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199 8 年 第 1 l 期
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1 期
[8 】 赵晶 、 超亚丁 、 张桂敏 . 改性聚丙 烯圩维在混凝土中 的 应用 研究,
偶 凝 土 . 2000 年 第 3 期
● 圳 + ill~ l} + 】¨】+ 玎¨ + + ’
检 查 井 盖 + 刊¨】+】】+ + + 、
! 我院研制的钢纤维混凝土检查井盖 , 是采用钢纤维混凝土与一定规格的钢筋骨架匹配 、 浇注成型的薄形混凝土制品. 现已
取得了国家专利 cZL99 2 18299 9】。 它可以取代 目前使用的铸铁井盖 , 以优良的性能 ,被广泛应用于城市道路及小区雨水、污水 、
; 暖气、电力线路、邮电线路等各种地下管道的检查井。 是一种有很好发展、应用前景的道路、市政建设新产品。
该产品强度高 耐老化 ,抗弯、抗震性好,且有制作方便、成本低廉等优点。 另外,这种井盖园为再回收的价值不高 ,被盗的可
能性小, 能有效地避免 目前铸铁井盖居高不下的丢失率, 避免了因此而造成的变通事故、 人身伤害 . 以及园此而引起的纠绀 、赔
偿等 深受建设单位的欢迎。
该产品投资小 、用人少、利润率高 ,建一条年产 1 万套的生产线,设备及模具投资 l0 万元 ,只需 4 6 名 工人,年产值在 200 万 : 元利润可达到】5万元。
i 该种产品拄术转让费 3 万元。 提供结构设计图纸、设备清单及钢纤维混凝土配台比、工艺操作规程。 : 苏州 混凝 土水 泥制 品研 究院
地 址 :苏州 市三 香路 162 号 邮政 编码 :2 15004
; 联 系人 :奚飞 达 {05 12 —8295388 ) 扬关 柞( 138620 122 10 0512 —827oo46 )
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42 纤维熬派 殛其制薪
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