一种CFRC碳纤维添加料及制备方法以及施用工艺技术

一种CFRC碳纤维添加料及制备方法，包括短切碳纤维、羧甲基纤维素、硅灰、磷酸三丁脂；短切碳纤维、羧甲基纤维素、硅灰、磷酸三丁脂加水混合，制成碳纤维预分散的糊化浆料，经挤出、干燥制成短纤维状碳纤维添加料；碳纤维添加料使用时，加水搅拌制成用于混凝土搅拌的碳纤维预分散水，极大简化了现场混凝土搅拌的工作流程，解决了以往碳纤维增强混凝土搅拌过程中存在的碳纤维分散性不佳、断损率偏高、碳纤维结球的问题；另外，采用碳纤维预分散水进行混凝土搅拌时，由于碳纤维已经进行了预分散，因此在无需加长混凝土搅拌时间的前提下，仍可保证碳纤维在混凝土中的分散性。碳纤维在混凝土中的分散性。碳纤维在混凝土中的分散性。

【技术实现步骤摘要】
一种CFRC碳纤维添加料及制备方法以及施用工艺


[0001]本专利技术涉及碳纤维增强混凝土
，具体涉及一种CFRC碳纤维添加料及制备方法以及施用工艺。

技术介绍

[0002]碳纤维增强混凝土作为一种复合建筑材料，具有结构强度高、质量轻、耐高温、耐冲击、抗微裂纹等优异的机械性能，同时还具有温敏性、及力学机敏性，可作为高性能智能建筑材料应用在建筑、桥梁、大坝等工程领域；目前在碳纤维增强混凝土制备中仍存在以下问题：1、添加的碳纤维长度较短：因碳纤维本身呈团状或束状，团状或束状的碳纤维直接添加在混凝土混合料中进行搅拌时，如果碳纤维长度较长则容易出现结球现象，且碳纤维一旦出现结球，即使增加搅拌时间，也无法将结球打散，而碳纤维出现结球现象后，则无法充分发挥碳纤维对混凝土的增强作用，因此为保证添加的碳纤维不出现结球现象，目前添加的碳纤维长度通常限制在10毫米以下；2、存在碳纤维分散性和断损率之间的矛盾：添加的碳纤维如果要充分发挥增强作用，必须保证碳纤维在混凝土中有良好的分散性和较小的断损率，但分散性和断损率均与混凝土搅拌时间有关，且分散性和断损率之间呈现负相关性：当混凝土搅拌时间较短时，虽然可以保证碳纤维断损率较低，但碳纤维在混凝土中的分散性不佳；如果延长搅拌时间，虽然可以改善碳纤维在混凝土中的分散性，但碳纤维在混凝土搅拌过程中，因受到砂石挤压和摩擦的影响，断损率则会上升；因此如何解决碳纤维增强混凝土制备过程中碳纤维分散性和断损率之间的矛盾，是碳纤维增强混凝土大规模推广应用需要解决的一个重要课题；3、碳纤维增强混凝土现场制备流程过于复杂：为改善碳纤维在混凝土中的分散性，在碳纤维增强混凝土制备过程中，配合添加有其他的辅助分散材料，碳纤维和其他辅助分散材料添加比例和顺序有特殊要求，且必须严格遵守，因此使碳纤维混凝土现场搅拌流程变得过于复杂，增加了搅拌现场工作量和难度，且不易控制；因此如何简化碳纤维增强混凝土现场搅拌的流程，降低搅拌现场工作量和复杂性，是碳纤维增强混凝土大规模推广应用中需要解决的另一个重要课题；4、缺少可以现场实施的碳纤维分散性测量方法：目前碳纤维在混凝土中分散性的实验室测量方法，是随机从新拌混凝土的不同位置取重量相同的若干份样本，用水洗去水泥、砂、石后得到碳纤维，碳纤维干燥后称重，计算出若干份单位重量样品中碳纤维的含量，从而得到碳纤维的分散系数；但该方法操作复杂、周期长，无法应用在碳纤维增强混凝土现场制备过程的测试，因此如何实现碳纤维增强混凝土制备现场碳纤维分散性的快速检测，也是一个需要解决的技术空白。

技术实现思路

[0003]为了克服
技术介绍
中的不足，本专利技术公开了一种CFRC碳纤维添加料及制备方法及施用工艺；该碳纤维添加料将10
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15厘米短切碳纤维、羧甲基纤维素、硅灰、磷酸三丁脂混合制成成品短纤维状碳纤维添加料，该添加料在制备时已经对碳纤维进行了预分散，解决了较长长度碳纤维添加在混凝土中容易结球的问题，因此可以采用较长长度的碳纤维；碳纤
维添加料使用时，只需加水搅拌即可制成用于混凝土搅拌的碳纤维预分散水，因此极大简化了现场混凝土搅拌的工作流程，解决了以往因搅拌现场未能按照碳纤维和其他辅助材料添加比例和顺序操作时，出现的碳纤维在混凝土中分散性不佳、断损率偏高、碳纤维结球的问题；另外，采用碳纤维预分散水进行混凝土搅拌时，由于碳纤维已经进行了预分散，因此在无需加长混凝土搅拌时间的前提下，仍可保证碳纤维在混凝土中的分散性，因此降低了碳纤维的断损率，从而解决混凝土搅拌时间和碳纤维分散性、断损率之间的矛盾。
[0004]为了实现所述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种CFRC碳纤维添加料，成品形态为直径0.2
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0.3毫米、长度20
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30厘米的短纤维状；CFRC碳纤维添加料包括10
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15厘米短切碳纤维、羧甲基纤维素、硅灰、磷酸三丁脂；其中短切碳纤维采用了10
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15厘米的长度，较现有添加在混凝土的短切碳纤维长度要长，其目的是利用较长的碳纤维改善混凝土对碳纤维的握裹力，同时利用较长的碳纤维在混凝土中形成充分的交错网络，最大程度改善碳纤维混凝土的机械性能；现有添加在混凝土中的短切碳纤维长度较短的原因为：因碳纤维直接添加在混凝土中，当短切碳纤维长度较长时，即使碳纤维掺加量较小，也容易出现碳纤维结球现象；而在本专利技术技术方案中，因碳纤维首次是掺加在羧甲基纤维素、硅灰的水溶液中，羧甲基纤维素、硅灰均为碳纤维分散剂，当碳纤维加入由羧甲基纤维素、硅灰配置成的水溶液中时，羧甲基纤维素会包裹在碳纤维表面，改善碳纤维表面张力，促使碳纤维以单丝形态均匀分散在水溶液中，即使碳纤维添加量较高、长度较长时，仍能避免碳纤维发生缠绕而产生结球现象，同时羧甲基纤维素、硅灰配置成的水溶液还能防止分散后的碳纤维重新聚集结团，因此即使碳纤维长度较长、掺加量较大时，仍不会发生碳纤维结球现象；硅灰作为另一种碳纤维分散改性剂，其作用机理是：因硅灰粒径极小，可均匀分散、悬浮在羧甲基纤维素的水溶液中，在碳纤维与碳纤维之间形成隔离，进一步改善碳纤维的分散性；另外在混凝土固结过程中，硅灰会均匀充填在水泥颗粒与碳纤维之间，改善混凝土对碳纤维的握裹力和强度；磷酸三丁脂为消泡剂，目的是消除在添加羧甲基纤维素后，在搅拌制备羧甲基纤维素水溶液、短切碳纤维分散液及混凝土搅拌时，容易产生气泡的问题。
[0005]进一步的，10
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15厘米短切碳纤维的质量份为0.8
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1.0，羧甲基纤维素的质量份为0.6
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0.8，硅灰质量份为15
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18，磷酸三丁脂的质量份0.03；上述组分的质量比为实验室确定的最佳质量配比，具有上述最佳质量配比的CFRC碳纤维添加料在混凝土搅拌现场制备成碳纤维预分散水，使碳纤维处于最佳的预分散状态，同时由CFRC碳纤维添加料制备成的碳纤维预分散水仍维持实验室确定的最佳比例的分散剂浓度，用于碳纤维增强混凝土搅拌时，碳纤维始终保持最佳分散状态，即碳纤维的分散状态与混凝土搅拌时间无明显相关性，只要混凝土搅拌均匀，即可保证碳纤维处于良好的分散状态，在无需加长混凝土搅拌时间的前提下，仍可保证碳纤维在混凝土中的分散性，因此降低了碳纤维的断损率，从而解决混凝土搅拌时间和碳纤维分散性、断损率之间的矛盾。
[0006]一种CFRC碳纤维添加料的制备方法，其包括以下流程：S1、制备羧甲基纤维素水溶液：将0.3
‑
0.4质量份的羧甲基纤维素、0.03质量份的磷酸三丁脂加入50质量份的温水中搅拌30分钟；将15质量份的硅灰加入制备好的羧甲基纤维素水溶液中继续搅拌10分钟，保温静置2小时；S2、制备短切碳纤维分散液：然后将0.8
‑
1.0质量份的短切碳纤维分三次加入羧甲基纤维素水溶液中，每次慢速搅拌5分钟，目视短切碳纤维无缠绕结球、分散均匀；慢速搅拌
的速度为60转/分钟，采用慢速搅拌，是防止过高的搅拌速度导致碳纤维在搅拌过程中断裂；S3、糊化短切碳纤维分散液：继续加入0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CFRC碳纤维添加料，其特征是：CFRC碳纤维添加料为直径0.2
‑
0.3毫米、长度20
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30厘米的短纤维状；其组分包括：10
‑
15厘米短切碳纤维、羧甲基纤维素、硅灰、磷酸三丁脂。2.根据权利要求1所述CFRC碳纤维添加料，其特征是：10
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15厘米短切碳纤维的质量份为0.8
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1.0，羧甲基纤维素的质量份为0.6
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0.8，硅灰质量份为15
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18，磷酸三丁脂的质量份0.03。3.一种基于权利要求1或2所述CFRC碳纤维添加料的制备方法，其特征是：S1、制备羧甲基纤维素水溶液：将0.3
‑
0.4质量份的羧甲基纤维素、0.03质量份的磷酸三丁脂加入50质量份的温水中搅拌30分钟；将15质量份的硅灰加入制备好的羧甲基纤维素水溶液中继续搅拌10分钟，保温静置2小时；S2、制备短切碳纤维分散液：然后将0.8
‑
1.0质量份的短切碳纤维分三次加入羧甲基纤维素水溶液中，每次慢速搅拌5分钟，目视短切碳纤维无缠绕结球、分散均匀；S3、糊化短切碳纤维分散液：继续加入0.3
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0.4质量份羧甲基纤维素加入羧甲基纤维素水溶液中，慢速搅拌5分钟，保温静置4小时，使短切碳纤维分散液糊化；S4、糊化短切碳纤维分散液拉丝、干燥、切断：将糊化后的短切碳纤维分散液加入螺杆挤出机，从螺杆挤出机挤出头中挤出直径0.5毫米碳纤维添加料胶状细丝，经混合有硅灰的100℃热风初步干燥后，切断成20
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30厘米短纤状的碳纤维添加料；S5、碳纤维添加料流化床干燥：将短纤状的碳纤维添加料送入流化床干燥机中，经100℃、90℃、80℃三阶段干燥后，制成直径0.2
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0.3毫米、长度20
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30...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆伟，王彩云，姚建星，陈晓冉，董文文，李飞，
申请(专利权)人：河南元鑫建设工程有限公司新乡市分公司，
类型：发明
国别省市：