【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混凝土，尤其涉及一种具备混凝土固氯和抗裂效能的功能化纤维材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、钢筋混凝土构件在滨海环境服役过程中因氯离子侵蚀，经常面临着严重的耐久性挑战。氯离子渗透能力强，易渗透进混凝土内部，进而与钢筋发生化学反应，导致钢筋锈蚀，加速混凝土结构的破坏。此外，混凝土构件本身存在的微裂缝进一步加剧了钢筋锈蚀的程度。
2、近年来，通过在水泥砂浆中掺入纤维增强材料，提升钢筋混凝土结构的性能已经取得了一定的成果。碳纤维（carbon fiber，cf）作为一种高强度、高模量的纤维材料，被广泛应用于混凝土结构的抗裂加固中。其优异的力学性能使得碳纤维能够有效抵抗混凝土结构的开裂和变形，提升其耐久性和抗震性能。然而，碳纤维与水泥砂浆之间的界面粘结性能较差，导致现有采用掺入碳纤维的水泥砂浆制备得到的混凝土的抗裂性能仍不理想。
3、因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、基于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具备混凝土固氯和抗裂效能的功能化纤维材料及其制备方法与应用，旨在解决现有采用掺入碳纤维的水泥砂浆制备得到的混凝土的抗裂性能还有待进一步提升的问题。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术的第一方面，提供一种功能化纤维材料，其中，所述功能化纤维材料包括碳纤维，以及位于所述碳纤维表面上的功能材料涂层，所述功能材料涂层包括氧化镁和/或氧化铝。
4、本专利技术中，将氧化镁和/或氧
5、在一中实施方式中，所述碳纤维的长度为3~12mm。例如可以为3、4、5、6、7、8、9、10、11或12mm等。碳纤维在该范围内，使得含有该功能化纤维材料的水泥砂浆的力学性能（抗压强度、抗拉强度、抗折强度等）及抗干缩性远优于含有纯碳纤维的水泥砂浆的力学性能及抗干缩性能。
6、本专利技术的第二方面，提供一种本专利技术如上所述的功能化纤维材料的制备方法，其中，包括如下步骤：
7、s1、提供碳纤维；
8、s2、采用溶胶凝胶法，在所述碳纤维表面形成功能材料涂层，得到所述功能化纤维材料。
9、碳纤维的比表面积相对较大，这意味着其表面具有更多的原子或分子暴露在外，从而增加了与外部环境进行相互作用的可能性。这些暴露在外的原子或分子，往往具有不同于材料内部的电子结构和化学性质，因此更容易成为反应的活性中心，即活性位点。另外，碳纤维表面的化学组成多样，包含c、h、o等元素。这些元素的存在使得碳纤维表面具有丰富的官能团，如羟基、羧基等。这些官能团能够与其他物质发生化学反应，为纳米颗粒的生长提供了反应场所。此外，碳纤维表面的微观结构也为其提供了大量的活性位点，碳纤维表面可能存在微孔、凹槽等结构，这些结构不仅增加了表面的粗糙度，还为纳米颗粒的生长提供了附着点。在这些微观结构中，纳米颗粒能够稳定地生长并相互连接，形成均匀的纳米层。因此，本专利技术利用碳纤维的性质，采用溶胶凝胶法，在所述碳纤维表面形成含有氧化镁和/或氧化铝的功能材料涂层。
10、在一种实施方式中，步骤s1中，可先将碳纤维在马弗炉中350℃下加热2.5h进行预处理，去除碳纤维表面的树脂，再进行后续步骤。
11、在一种实施方式中，步骤s2中，当所述功能材料涂层包括氧化镁时，所述功能化纤维材料的制备方法包括如下步骤：
12、s21、将镁源、乙酸和第一有机溶剂进行混合，得到氧化镁前驱体溶液；
13、s22、将碳纤维浸泡在所述氧化镁前驱体溶液中，进行干燥后，置于第一预设温度下加热第一预设时间，得到所述功能化纤维材料（所述功能化纤维材料包括碳纤维以及位于碳纤维表面的氧化镁涂层）。
14、在一种实施方式中，步骤s21中，所述镁源、乙酸与第一有机溶剂的摩尔比为1:（1~9）:29，所述镁源包括乙酸镁水合物，所述第一有机溶剂包括乙醇，所述第一预设温度为300~500℃（例如可以为300℃、350℃、400℃、450℃或500℃），所述第一预设时间为1h。加热温度也即第一预设温度对氧化镁结晶有着明显影响，该温度范围可保证氧化镁的形成。
15、在一种实施方式中，步骤s2中，当所述功能材料涂层包括氧化铝时，所述功能化纤维材料的制备方法包括如下步骤：
16、步骤a、提供alooh溶液和碳纤维；
17、步骤b、将所述碳纤维浸泡在所述alooh溶液中预设时间，进行干燥；
18、步骤c、将干燥后的产物再次浸泡在所述alooh溶液中预设时间，然后再次进行干燥；
19、步骤d、重复步骤c若干次（次数可根据实际需要进行设置，例如1次、2次、3次、4次或5次等）后，得到功能化纤维材料前体；
20、步骤e、将所述功能化纤维材料前体置于第二预设温度下加热第二预设时间后，得到所述功能化纤维材料（所述功能化纤维材料包括碳纤维以及位于碳纤维表面的氧化铝涂层）。
21、在一些实施方式中，步骤a中，所述alooh溶液的制备方法包括如下步骤：
22、按照（0.5-2.5）:1的体积比将仲丁醇铝和仲丁醇进行混合，然后加入去离子水（其体积与仲丁醇铝和仲丁醇体积和的比为1:（2-5）），85℃下搅拌2h，得到混合液；然后向所述混合液中加入1.0-2.5mol/l的硝酸溶液（硝酸溶液与混合液的体积比（0.01-0.025）:1），继续85℃下搅拌4h，将所得溶液回流过夜，得到alooh溶液。
23、在一些实施方式中，所述步骤b和步骤c中，所述预设时间为3~11min（例如可以为3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min或11min等）；所述步骤e中，所述第二预设温度为550~750℃（例如可以为550℃、600℃、650℃、700℃或750℃等），所述第二预设时间为2.5h。加热过程中alooh脱水形成al2o3，在该温度下可以形成质量较好的氧化铝涂层。
24、本专利技术的第三方面，提供本专利技术如上所述的功能化纤维材料在水泥砂浆或混凝土中的应用。
25、本专利技术的第四方面，提供一种水泥砂浆，其中，所述水泥砂浆包括第一组分和第二组分；
26、按质量份计，所述第一组分包括水泥1份、硅灰0.01-0.2份、石英砂0.5-2份、水0.35-0.55份；
27、所述第二组分的质量占所述水泥质量的0.5%-8%；
28、所述第二组分包括至少一种本专利技术如上所述的功能化纤维材本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功能化纤维材料，其特征在于，所述功能化纤维材料包括碳纤维，以及位于所述碳纤维表面上的功能材料涂层，所述功能材料涂层包括氧化镁和/或氧化铝。
2.根据权利要求1所述的功能化纤维材料，其特征在于，所述碳纤维的长度为3~12mm。
3.一种权利要求1所述的功能化纤维材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的功能化纤维材料的制备方法，其特征在于，当所述功能材料涂层包括氧化镁时，所述功能化纤维材料的制备方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的功能化纤维材料的制备方法，其特征在于，所述镁源、乙酸与第一有机溶剂的摩尔比为1:（1~9）:29，所述镁源包括乙酸镁水合物，所述第一有机溶剂包括乙醇，所述第一预设温度为300~500℃，所述第一预设时间为1h。
6.根据权利要求3所述的功能化纤维材料的制备方法，其特征在于，当所述功能材料涂层包括氧化铝时，所述功能化纤维材料的制备方法包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B和步骤C中，所述预设时间为3~11min；
8.权利要求1所述的功能化纤维材料在水泥砂浆或混凝土中的应用。
9.一种水泥砂浆，其特征在于，所述水泥砂浆包括第一组分和第二组分；
10.一种混凝土，其特征在于，所述混凝土由权利要求9所述的水泥砂浆制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种功能化纤维材料，其特征在于，所述功能化纤维材料包括碳纤维，以及位于所述碳纤维表面上的功能材料涂层，所述功能材料涂层包括氧化镁和/或氧化铝。
2.根据权利要求1所述的功能化纤维材料，其特征在于，所述碳纤维的长度为3~12mm。
3.一种权利要求1所述的功能化纤维材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的功能化纤维材料的制备方法，其特征在于，当所述功能材料涂层包括氧化镁时，所述功能化纤维材料的制备方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的功能化纤维材料的制备方法，其特征在于，所述镁源、乙酸与第一有机溶剂的摩尔比为1:（1~9）:29，所述镁源包括乙酸镁水合物，所述第一有机溶...
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