專利名稱：研磨纖維水泥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)的水泥質(zhì)組合物，如混凝土、砂漿和灰漿。特別涉及研磨纖維和水泥的組合物制備方法，這種組合物可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)纖維增強(qiáng)混凝土、砂漿和灰漿。
通過(guò)在混合料中加入有機(jī)纖維，可以改進(jìn)混凝土、砂漿和灰漿的物理性能。多種有機(jī)聚合物纖維如單纖維、有纖維組織的薄膜和細(xì)纖維已用來(lái)?yè)饺氲交炷粱旌狭现小Ｗ罴训木酆衔镌谧畛醯臐窳虾妥罱K凝固的組合物中，不起化學(xué)反應(yīng)和不受水解作用。業(yè)已證明，聚烯烴和鋼的纖維具有很好的拉伸應(yīng)變性和牢固性，摻入它們能改進(jìn)混凝土和砂漿性能。
在水合和聚合反應(yīng)過(guò)程中，纖維變得很細(xì)地粘在水泥質(zhì)產(chǎn)品上。在凝固反應(yīng)中它可部分地防止水泥質(zhì)成分的收縮。這些纖維提供抗擊性、抗裂性和耐磨性，控制塑料收縮裂紋，改善后開(kāi)裂狀況并延長(zhǎng)疲勞壽命。為了提供這些和其它改進(jìn)的特性，必須使這些纖維均勻地分散在初始混合料中。
在本發(fā)明之前，用于熟水泥質(zhì)組合物中的纖維是市售的散裝或包裝的原纖維、單纖維或微絲。一般，纖維和水泥、砂、粒料、其它摻和物、水一起放入混合機(jī)。較長(zhǎng)的纖維往往引起結(jié)塊和成球，特別在高密度及混合物剪切作用時(shí)更是如此，組合物成分能離析和分散這些纖維。由于熟水泥質(zhì)混合料的組織結(jié)構(gòu)和不透明性，不可能用肉眼監(jiān)測(cè)混合。但是，凝固水泥質(zhì)組合物的檢驗(yàn)表明，纖維往往不能有效均勻分散和處于最佳游離狀態(tài)。
0.0001至10體積百分比的研磨纖維均勻分散在可水合水泥粉末中形成的可水合混合物是這樣制備的即，把纖維母體和水泥熟料放到研磨機(jī)內(nèi)，研磨該混合物直至熟料變成細(xì)粉。纖維可以是鋼、耐堿玻璃、碳、陶瓷或有機(jī)聚合物纖維或者它們的混合物。適宜的纖維母體是鋼纖維和呈擠出單絲狀的聚烯烴或直經(jīng)達(dá)20000登尼爾、長(zhǎng)度1至75mm的有纖維組織的薄膜纖維。最佳的纖維是鋼、聚丙烯及它們的混合物。
本發(fā)明的目的是提供一種可水合的水泥質(zhì)混合料，用該混合料生產(chǎn)出的纖維增強(qiáng)水合產(chǎn)品，在纖維表面粘接、拉伸應(yīng)變能力、后裂縫狀況、剛性、沖擊強(qiáng)度、抗疲勞、耐火、握裹鋼筋、耐腐蝕和韌性方面都有改善。這些目的是通過(guò)將纖維母體與水泥熟料一起研磨，形成纖維水泥而實(shí)現(xiàn)的。
可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)纖維與熟料一起在研磨機(jī)內(nèi)研磨時(shí)，其均勻分散度得以增加。在纖維的研磨和分散過(guò)程中，水泥顆粒嵌入纖維表面，增加了表面的親水性。當(dāng)與水接觸時(shí)，纖維很快地濕潤(rùn)并在混合過(guò)程中分散開(kāi)，這就在凝固水泥質(zhì)組合物中，消除了纖維的成球和結(jié)塊現(xiàn)象。其結(jié)果，用特定的纖維與水泥的體積比，可增加產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度和抗裂縫性能，并且，增加了用特殊纖維或纖維混合物而得到的混凝土最大剛度。
波特蘭水泥是這樣形成的焙燒碎石灰石、鐵礦石、砂和粘土至高溫，形成水泥熟料，該熟料冷卻后，碾碎成均勻的顆粒，該顆粒尺寸適合于研磨機(jī)，例如球磨機(jī)。該熟料顆粒然后被研磨成細(xì)粉。該細(xì)粉即為市售的，消費(fèi)者熟知的水泥。該細(xì)粉與其它配料和水混合，就可形成所需產(chǎn)品，如砂漿、灰漿、噴漿料或混凝土等。例如，混凝土是由波特蘭水泥、砂、粒料、摻合劑和水的水合混合料而形成的。纖維添加物一般與其它添加物同時(shí)加入到混合料中，在混合機(jī)內(nèi)作為組成成分分散并相互混合。纖維添加物可以減少因混凝土凝固收縮而產(chǎn)生的裂縫或減小該裂縫寬度。由于在正?；旌现校w維分散是困難的，所以，纖維的長(zhǎng)度與直徑之比不應(yīng)大于100～1。另外，即使纖維的長(zhǎng)度與直徑之比小于100～1，由于混凝土中纖維分散度的不可避免的可變性，該纖維不能承受較大的拉力。因此需要由結(jié)構(gòu)鋼筋和加強(qiáng)鋼筋承受該拉力。
根據(jù)本發(fā)明方法，通過(guò)將纖維母體和熟料顆粒放到水泥研磨機(jī)內(nèi)研磨，就可以得到改進(jìn)的、纖維均勻分散的纖維增強(qiáng)產(chǎn)品。由于熟料顆粒和研磨部件對(duì)纖維的作用，纖維母體變細(xì)、變粗糙和磨損。在為制備混凝土加入這些組分時(shí)，就可以使纖維快速濕潤(rùn)并均勻分散而不成球和結(jié)塊。在水合作用過(guò)程中，該變細(xì)、變粗糙、磨損的纖維與水泥的機(jī)械粘接更強(qiáng)，在改善上述所有特性方面，纖維增強(qiáng)是起重要作用的。纖維的長(zhǎng)度與直徑之比(長(zhǎng)度除以直徑)可以采用大于100～1，并且纖維分散的均勻度可增加到使得纖維所承受大部分拉力的程度。
用已有技術(shù)的分散方法，纖維密集度高于一個(gè)較低的絕對(duì)體積比或密集度有損混凝土的物理特性，用本發(fā)明的方法，較高的絕對(duì)體積比或纖維密度可以增加強(qiáng)度、抗裂和其它所需特性。即使是低絕對(duì)體積比，在所需特性和纖維的“纖維增強(qiáng)作用”方面，也有顯著增加。
以下就波特蘭水泥組合物對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，這僅僅是為了便于說(shuō)明清楚，并不作為限定。該方法和組合物同樣適合于任何水泥質(zhì)組合物。該水泥質(zhì)組合物是通過(guò)研磨可水合成分至細(xì)粉而做成的。其中的碾細(xì)成分和礦物顆粒與纖維的相互研磨作用，可產(chǎn)生出改進(jìn)的研磨纖維。
可用于本發(fā)明的纖維包括任何具有耐堿性，強(qiáng)度和穩(wěn)定性的無(wú)機(jī)纖維或有機(jī)聚合物纖維。這里所說(shuō)的“耐堿性”一詞是指在大部分波特蘭水泥環(huán)境中耐堿。
適合的無(wú)機(jī)纖維包括鋼、耐堿玻璃、碳(石墨)和陶瓷等的纖維。鋼纖維是最適宜的無(wú)機(jī)纖維。它們可以呈粗的帶狀或繩狀或細(xì)纖維狀，例如“鋼棉”。
適合的有機(jī)纖維是人造絲、尼龍和其它的聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙酸乙烯酸、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚酯，如滌綸絲和聚酯薄膜、奧龍、聚烯烴如聚乙烯、聚丙烯。聚烯烴因其化學(xué)穩(wěn)定性、堅(jiān)固性、可變形的表面特性及其在變細(xì)擴(kuò)散中的作用，是最適宜的有機(jī)纖維。在研磨作用下的變細(xì)、擴(kuò)散過(guò)程中，分子排列成行，因此纖維的拉伸應(yīng)變能力得到增強(qiáng)。在凝固水泥質(zhì)混合料中，纖維表面變粗糙和磨損增強(qiáng)了與水泥的機(jī)械粘接特性。最佳的聚烯烴纖維是聚丙烯單纖維和有纖維組織的聚丙烯薄膜。
研磨的纖維混合物也包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。最佳的混合物包括聚烯烴和鋼纖維，在混凝土混合料中，它們各自的特性在抗裂和韌度方面提供了附加的改進(jìn)。
研磨無(wú)機(jī)纖維母體可以是任何金屬、耐堿玻璃、合成陶瓷或碳的纖維。這些纖維可以買到并正廣泛用于增強(qiáng)水泥質(zhì)結(jié)構(gòu)和聚合結(jié)構(gòu)。鋼纖維的一個(gè)適當(dāng)來(lái)源是Novocon、International、Inc(美國(guó)芝加哥)。
研磨有機(jī)纖維母體可以是通常的聚烯烴單纖維和有纖維組織的塑料薄膜，如US3591395、US4297409和US4414030中所揭示的用于混凝土混合料中。它們的直徑或當(dāng)量直徑從負(fù)登尼爾至20000登尼爾，最好為1～4000登尼爾。
這里所用的“當(dāng)量直徑”一詞是指橫斷面面積等于纖維橫斷面面積的圓周的直徑。該詞特別適合用來(lái)描述由拉伸和切斷薄膜而形成的母體纖維的相對(duì)尺寸。
母體纖維的長(zhǎng)度可以為1～75mm，最好為5～50mm。加入熟料中的纖維成分?jǐn)?shù)量，應(yīng)使得產(chǎn)生的研磨纖維水泥組合物中，有0.0001～10體積百分比的纖維，最好有0.1～5.0體積百分比的纖維。
加入的纖維的特定尺寸和數(shù)量取決于最終產(chǎn)品。該產(chǎn)品中，波特蘭水泥是已制備好的。例如，對(duì)于漿料和砂漿，母體纖維的直徑或當(dāng)量直徑最好為1～1000登尼爾，母體纖維長(zhǎng)度最好為5～15mm，纖維密度最好為0.1～5體積百分比。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)混凝土板，母體纖維的直徑最好為1～2000登尼爾，母體纖維的長(zhǎng)度最好為5～25mm，纖維密度最好為0.1～2體積百分比。對(duì)于用在橋梁和其它結(jié)構(gòu)物中的鋼筋混凝土梁這樣的承受高應(yīng)力的承重結(jié)構(gòu)物，母體纖維的直徑最好為6～5000登尼爾，母體纖維長(zhǎng)度最好為10～50mm，纖維密度最好為0.1～5體積百分比。纖維-可水合水泥質(zhì)粉末混合物被包裝、貯存和與其它成分混合形成漿料、砂漿、噴漿料和混凝土，其方法和配料與制備通常的纖維增強(qiáng)水泥質(zhì)產(chǎn)品相同。研磨纖維增強(qiáng)的水泥質(zhì)產(chǎn)品，在纖維表面粘接、拉伸應(yīng)變能力、后裂縫狀況、剛度、沖擊強(qiáng)度、抗疲勞、耐火、握裹鋼筋、抗腐蝕和韌性方面都有所改善。這些改善是由于纖維-水泥混合物的形成而得到的，而該混合物是通過(guò)研磨纖維母體和水泥熟料而得到的。
權(quán)利要求
1.一種制備研磨增強(qiáng)纖維-可水合水泥組合物的方法，其特征在于，將纖維母體和水泥熟料放到研磨機(jī)中研磨，直到水泥熟料變成細(xì)粉，纖維母體的加入量應(yīng)足以產(chǎn)生含有0.0001～10體積百分比研磨纖維的細(xì)粉產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，纖維選自鋼、耐堿玻璃、陶瓷、碳、聚烯烴和它們的混合物的纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，纖維是鋼纖維。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，纖維是聚烯烴纖維。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，纖維是鋼和聚烯烴混合纖維。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，纖維母體是呈擠出單纖維狀或具有纖維組織的拉伸、非抗伸薄膜纖維狀聚烯烴，纖維直徑可達(dá)2000登尼爾，纖維長(zhǎng)度為1～75mm。
7.如權(quán)利要求6所說(shuō)的方法，其特征在于，纖維母體是聚丙烯。
8.一種用權(quán)利要求1方法生產(chǎn)的纖維-可水合水泥質(zhì)組合物。
9.一種纖維-可水合水泥組合物，其特征在于，在可水合水泥粉末中，含有0.0001～10體積百分比的均勻分散的研磨纖維。
10.如權(quán)利要求9所述的纖維-可水合水泥組合物，其特征在于，纖維是通過(guò)將纖維母體和熟料研磨成纖維-可水合水泥混合料而形成的，纖維母體選自鋼、耐堿玻璃、陶瓷、聚烯烴及它們的混合物。
11.如權(quán)利要求10所述的纖維-可水合水泥組合物，其特征在于，纖維是鋼纖維。
12.如權(quán)利要求10所述的纖維-可水合水泥組合物，其特征在于纖維是聚烯烴纖維。
13.如權(quán)利要求10所述的纖維-可水合水泥組合物，其特征在于，纖維是鋼和聚丙烯的混合纖維。
14.如權(quán)利要求10所述的纖維-可水合水泥組合物，其特征在于，纖維是呈擠出單纖維狀或有纖維組織的拉伸、非拉伸薄膜纖維狀的聚烯烴，纖維直徑可高達(dá)20000登尼爾，纖維長(zhǎng)度為1～75mm。
15.如權(quán)利要求14所述的纖維-可水合水泥組合物，其特征在于，纖維是聚丙烯。
全文摘要
一種纖維-可水合水泥組合物，在可水合水泥粉末中含有0.0001至10體積百分比的均勻分散的研磨纖維。其制備方法是將纖維母體和水泥熟料放到研磨機(jī)中進(jìn)行研磨，直至水泥熟料變成細(xì)粉。纖維可以是鋼、耐堿玻璃、陶瓷、碳或有機(jī)聚合物的纖維，最適宜的是鋼、聚烯烴或它們的混合纖維。
文檔編號(hào)C04B14/48GK1092751SQ9310406
公開(kāi)日1994年9月28日 申請(qǐng)日期1993年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月23日
發(fā)明者G·L·馮德恩 申請(qǐng)人:馮泰克國(guó)際有限公司