本發(fā)明屬于回收復合材料的優(yōu)化利用，尤其涉及一種再生粗纖維改性方法及纖維增強超高性能混凝土制備方法。

背景技術：

1、超高性能混凝土因其優(yōu)異的力學特性和優(yōu)異的耐久性而得到越來越多的應用。其抗壓強度通常高于120mpa。此外，超高性能混凝土的氯離子滲透阻力是普通混凝土的50倍。因此，超高性能混凝土已廣泛用于建造新結構，如橋梁、和建筑物中。然而，超高性能混凝土的生產成本高達普通混凝土的10至20倍，限制了其更廣泛的應用。高生產成本主要歸因于引入了昂貴的鋼纖維，這些鋼纖維約占總生產成本的50％。此外，摻合鋼纖維的生產顯著增加了生產超高性能混凝土的碳足跡，從而阻礙了其更廣泛應用。

2、用粗纖維化纖維增強復合材料(即再生粗纖維)替代超高性能混凝土中的鋼纖維，可以得到一種價格低廉的超高性能混凝土。當摻入粗纖維時，超高性能的彎曲強度和韌性分別得到數量級提升。此外，隨著結構的優(yōu)化(即分層梁結構的應用)，粗纖維的利用效率將得到提高。然而，與其他非金屬纖維類似，粗纖維的摻入會導致超高性能混凝土抗壓強度降低。這種降低可歸因于粗纖維表面的疏水性，進而導致于粗纖維和混凝土基體之間的弱界面過渡區(qū)。因此，需要對界面進行增強，從而減輕由于粗纖維的摻入對uhpc抗壓強度的負面影響。

3、氧化石墨烯(go)以羧基(-cooh)、羥基(-oh)和其他含氧官能團的存在為特征，表現(xiàn)出極好的的親水性，具有廣泛的應用前景。此外，go獨特的二維片狀納米結構和親水性使其具有改性界面的能力，特別是在增強纖維和水泥漿體之間的界面過渡區(qū)方面。已有研究證實，氧化石墨烯對各種纖維(如聚乙烯纖維、鋼纖維以及碳納米纖維)的表面涂層改性，有助于提高它們與水泥基材料的界面結合力。其基本原理為氧化石墨烯在原始纖維上進行吸附，作為媒介，吸附水泥中游離的鈣離子，從而加速水泥中鈣離子的釋放，促進水泥更靠近纖維表面水化，促進原始纖維與含水水泥基材料基體的結合。

4、綜上所述，研發(fā)一種氧化石墨烯對再生粗纖維改性方法的表面涂層改性技術能夠更有針對性地改善粗纖維的表面疏水性，有助于提高粗纖維和超高性能混凝土基體之間的界面過渡區(qū)強度，進而優(yōu)化粗纖維在超高性能混凝土上的利用，促進纖維增強復合材料(尤其是其廢棄物)的高值化回收利用。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種再生粗纖維改性方法，為優(yōu)化再生粗纖維在超高性能混凝土上的利用提供了一條技術可行、操作簡易的途徑，對促進纖維增強復合材料(尤其是其廢棄物)的高值化回收具有重要意義。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種再生粗纖維改性方法，至少包括以下步驟：

3、將固體氧化石墨烯溶入水中，進行超聲分散得到分散均勻的氧化石墨烯溶液；

4、通過切割將纖維增強復合材料廢棄物處理成再生粗纖維；

5、對所述再生粗纖維進行表面交聯(lián)劑處理并烘干；

6、將所述再生粗纖維浸入氧化石墨烯溶液中，升溫處理，并伴隨攪拌，隨后烘干，得到改性粗纖維。

7、本發(fā)明采用潔凈的自來水或去離子水作為溶劑，配置氧化石墨烯溶液。

8、本發(fā)明預設定合適的粗纖維長徑比，通過切割處理將纖維增強復合材料制成粗纖維。

9、本發(fā)明采用潔凈的自來水或去離子水對粗纖維進行表面清洗，對粗纖維進行表面交聯(lián)劑處理并烘干。

10、本發(fā)明將粗纖維浸入恒溫的氧化石墨烯溶液中，將溶液溫度逐步升高，并伴隨對粗纖維的攪拌，氧化石墨烯會在此過程中隨著溫度的提高而逐漸收縮，而粗纖維體積基本保持不變，從而使得氧化石墨烯更好地附著在粗纖維表面。隨后烘干粗纖維，得到改性纖維。

11、本發(fā)明采用切割機器將所述纖維增強復合材料加工成粗纖維，其寬度約為3毫米，長徑比約為30-120。

12、進一步地，所述用作纖維生產原料的纖維增強復合材料可為使用一定年限或已報廢的材料，甚至可以為新制纖維增強復合材料。

13、進一步地，所述交聯(lián)劑優(yōu)選為烯類交聯(lián)劑、有機硅類交聯(lián)劑和環(huán)氧氯丙烷樹脂類交聯(lián)劑的一種或幾種。

14、所述再生粗纖維浸入所述氧化石墨烯溶液后，將溶液置于水浴加熱環(huán)境中，在30分鐘內將溶液溫度從室溫提高到60度，并伴隨對所述粗纖維的攪拌。

15、進一步地，本發(fā)明所述攪拌步驟在不損傷纖維的前提下，可人工進行粗纖維與氧化石墨烯溶液的攪拌，也可由機器自動進行攪拌。

16、本發(fā)明的另一目的是提供一種纖維增強超高性能混凝土的制備方法，以提供含所述改性再生粗纖維的增強、增韌型超高性能混凝土。

17、具體地，一種纖維增強超高性能混凝土的制備方法，按照上述的再生粗纖維改性方法制備改性粗纖維，并將所述改性纖維加入到超高性能混凝土基體中進行強化，獲得改性粗纖維增強超高性能混凝土。

18、本發(fā)明中，纖維增強超高性能混凝土制備所用原料中，以水泥在體系中的質量比例為1，按質量比計，其余組分比例分別為：改性粗纖維0.5～0.14、硅灰0.25、石灰石粉0.25、細骨料0.7～1.1、粗骨料0～0.4、水0.23及減水劑0.02～0.03。

19、所述水泥為抗壓強度等級為52.5及以上的水泥。

20、本發(fā)明的另一目的是提供一種纖維增強超高性能混凝土。

21、所述纖維增強增強混凝土包括改性粗纖維，所述改性粗纖維表面包裹一定量的氧化石墨烯涂層，改性粗纖維長徑比為30-120。

22、進一步的，按質量計，設定水泥在體系中的質量比例為1，其余組分及其質量比例分別為：粗纖維0.5～0.14、硅灰0.25、石灰石粉0.25、細骨料0.7～1.1、粗骨料0～0.4、水0.23及減水劑0.02～0.03。

23、進一步地，所述超高性能混凝土所用水泥為抗壓強度等級為52.5及以上的水泥。

24、進一步地，所述的超高性能混凝土中改性粗纖維表面附著的氧化石墨烯能夠吸附界面附近水泥水化后游離的鈣離子，從而加速水泥中鈣離子的釋放，提高界面區(qū)強度。

25、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，有益效果在于：

26、本發(fā)明提供的再生粗纖維改性方法能夠充分利用氧化石墨烯納米材料的優(yōu)點，具有技術可行性高、工藝簡單等特點，特別適合改善再生粗纖維與超高性能混凝土基體的界面過渡區(qū)。本發(fā)明為優(yōu)化粗纖維在超高性能混凝土上的利用提供了一條技術可行、操作簡易的途徑，對促進纖維增強復合材料廢棄物的高值化回收具有重要意義。其中，除氧化石墨烯和交聯(lián)劑以外，無其他額外物質引入粗纖維表面，更有利于纖維保持其材料穩(wěn)定性。

27、此外，將經過表面改性所得的改性粗纖維作為增強相加入至超高性能混凝土中，可以進一步提升原粗纖維增強超高性能混凝土的抗壓和抗拉性能。可見，本發(fā)明對回收復合材料的進一步推廣應用和創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的超高性能水泥基材料具有重要意義。

技術特征：

1.一種再生粗纖維改性方法，其特征在于，至少包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的再生粗纖維改性方法，其特征在于，采用切割機器將所述纖維增強復合材料加工成粗纖維，其寬度為3毫米，長徑比為30-120。

3.如權利要求2所述的再生粗纖維改性方法，其特征在于，所述纖維增強復合材料的樹脂基體為熱固型或熱塑型樹脂，其為新制纖維復合材料、已使用纖維復合材料或廢棄材料。

4.如權利要求1所述的再生粗纖維改性方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為烯類交聯(lián)劑、有機硅類交聯(lián)劑和環(huán)氧氯丙烷樹脂類交聯(lián)劑的一種或幾種。

5.如權利要求1所述的再生粗纖維改性方法，其特征在于，所述再生粗纖維浸入所述氧化石墨烯溶液后，在30分鐘內進行升溫處理，并伴隨對所述粗纖維的攪拌。

6.一種纖維增強超高性能混凝土的制備方法，其特征在于，根據權利要求1至5所述的再生粗纖維改性方法制備的改性粗纖維，并將所述改性纖維加入到超高性能混凝土基體中，獲得改性粗纖維增強超高性能混凝土。

7.如權利要求6所述的纖維增強超高性能混凝土的制備方法，其特征在于，按質量計，以水泥在體系中的質量比例為1，其余組分及質量比例分別為：改性粗纖維0.5～0.14、硅灰0.25、石灰石粉0.25、細骨料0.7～1.1、粗骨料0～0.4、水0.23及減水劑0.02～0.03。

8.如權利要求7所述的纖維增強超高性能混凝土的制備方法，其特征在于，所述水泥為抗壓強度等級為52.5及以上的水泥。

9.纖維增強增強混凝土，其特征在于，包括權利要求1-5所述的再生粗纖維改性方法制備的改性粗纖維，所述改性粗纖維表面包裹氧化石墨烯涂層，所述改性粗纖維長徑比為30-120。

10.如權利要求9所述的纖維增強增強混凝土，其特征在于，按質量計，水泥在體系中的質量比例為1，其余組分質量比例分別為：粗纖維0.5～0.14、硅灰0.25、石灰石粉0.25、細骨料0.7～1.1、粗骨料0～0.4、水0.23及減水劑0.02～0.03；所述水泥為抗壓強度等級為52.5及以上的水泥。

技術總結
本發(fā)明提供了一種再生粗纖維改性方法及纖維增強超高性能混凝土制備方法。所述再生粗纖維改性方法包括以下步驟：通過切割將纖維增強復合材料處理成粗纖維；對粗纖維進行表面交聯(lián)劑處理并烘干；將粗纖維浸入氧化石墨烯溶液中，將溶液溫度逐步提升，并伴隨對粗纖維的攪拌，隨后烘干，得到改性纖維。將所述改性粗纖維與水泥、硅灰、細骨料等組分混合配制成纖維增強超高性能凝土，可以提高粗纖維與混凝土之間的界面過渡區(qū)強度。本發(fā)明具有簡潔高效的工藝流程，非常適合大規(guī)模工業(yè)化生產，為優(yōu)化回收粗纖維在超高性能混凝土上的利用提供了一條技術可行、操作簡易的途徑，對促進纖維增強復合材料，尤其是其廢棄物的高值化回收具有重要意義。

技術研發(fā)人員：付兵,邢鋒,游學敏,余濤,周英武
受保護的技術使用者：暨南大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9