一种竹炭纤维混凝土材料及其制备方法【技术领域】，涉及一种混凝土材料及其制备方法。[0002]现有的碳纤维混凝土，虽然强度比普通混凝土高，但由于技术材料等原因，存在的缺陷为:吸附能力较弱、发射负离子能力较弱、保暖效果较差、成本较高。
[0003]为了克服已有碳纤维混凝土的吸附能力较弱、发射负离子能力较弱、保暖效果较差、成本较高的不足，本发明提供了一种吸入能力较强、发射负离子能力较强、保暖效果较好、成本较低的竹炭纤维混凝土材料及其制备方法。[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:[0005]一种竹炭纤维混凝土材料，包括普通混凝土，所述混凝土材料还包括竹炭纤维和分散剂，所述竹炭纤维长度为5-20mm，直径为10-20微米；其中，以普通混凝土为基准，竹炭纤维为普通混凝土的质量百分比为:0.1% -0.5% ;以普通混凝土中的水为基准，分散剂为水的质量百分比为:0.05% -0.2%。[0006]进一步，所 述普通混凝土采用质量等级为C25-C50的普通混凝土，所述普通混凝土包括水泥、水、砂、石子和减水剂，减水剂占水泥质量的0.4% -1.2%,水泥300-500kg/m3,砂 500-800kg/m3,石子 700-1200kg/m3。
[0007]更进一步，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥，砂为细度模数为2.3-3，平均粒径为0.35-0.5mm的中等河砂，石子为公称粒级范围为5_16_的碎石。
[0008]所述分散剂为甲基纤维素、硅灰或粉煤灰。
[0009]减水剂为亚甲基二苯酸钠(NNO)、聚羧酸系减水剂或HSB脂肪族减水剂。
[0010]一种竹炭纤维混凝土材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:
[0011](I)按竹炭纤维混凝土材料的组份，将普通混凝土、竹炭纤维和分散剂分别称出，以普通混凝土为基准，竹炭纤维为普通混凝土的质量百分比为:0.1%-0.5% ;以普通混凝土中的水为基准，分散剂为水的质量百分比为:0.05% -0.2% ；
[0012]所述普通混凝土包括水泥、水、砂、石子和减水剂，减水剂占水泥质量的0.4% -1.2%，水泥 300-500kg/m3，砂 500_800kg/m3，石子 700_1200kg/m3 ；
[0013](2)取水温为60~90摄氏度的水，放入分散剂并震荡3~5分钟，静置20~30分钟，直至分散剂均匀融入水中为止，再将竹炭纤维加入，继续振荡，直至竹炭纤维纤维在溶液中呈单丝状分布为止；
[0014](3)将水泥和砂的混合物倒入搅拌机中，先干搅3~5分钟，然后倒入竹炭纤维水溶液，搅拌均匀后，再放入石子进行搅拌，搅拌的同时将剩余的水分加入，最后放入减水剂，搅拌至规定坍落度即可。
[0015]进一步，所述步骤(2)中，竹炭纤维的制作过程如下:取毛竹为原料，采用纯氧高温及氮气阻隔延时进行煅烧，形成竹炭纤维的微孔，然后再与具有蜂窝状微孔结构趋势的聚酯改性切片熔融纺丝而成。
[0016]本发明的技术构思为:提供了一种竹炭纤维高强度混凝土材料，其与传统混凝土不同的是在于它加入了竹炭纤维，竹炭纤维是取毛竹为原料，采用了纯氧高温及氮气阻隔延时的煅烧新工艺和新技术，使得竹炭天生具有的微孔更细化和蜂窝化，然后再与具有蜂窝状微孔结构趋势的聚酯改性切片熔融纺丝而制成的。该纤维最大的与众不同之处，就是每一根竹炭纤维都呈内外贯穿的蜂窝状微孔结构。这种独特的纤维结构设计，能使竹炭所具有的功能100%的发挥出来。而且现在竹子资源及其丰富，价格也不是很高，在材料选取上具有很大的优势。竹炭是竹材资源开发的又一个全新的具有卓越性能的环保材料。
[0017]本发明的有益效果主要表现在:(I)竹炭纤维具有更好的吸附作用，他的吸附效果为木炭的5倍以上，对甲醛、苯、甲苯、氨等有害物质和粉尘能发挥吸收、分解异味和消臭的作用。因此将竹炭纤维应用于混凝土中，可以极大提升混凝土的吸附能力，这个效果要远远好于普通混凝土。(2)竹炭纤维负离子发射浓度较高，通常都市公园的负离子浓度为1000-2000个/cm3，郊外田野的负离子浓度为5000-50000个/cm3，竹炭纤维发射负离子的浓度为6800个/cm3，相当于郊外田野的负离子浓度。因此，将竹炭纤维应用在混凝土上，可以实现混凝土发射高浓度负离子的效果，这是传统碳纤维混凝土无法企及的。(3)竹炭纤维可以发射红外线，蓄热保暖:远红外线发射率高达0.87。因此，将竹炭纤维应用于混凝土中，实现了混凝土可以发射红外线，蓄热保暖，将此混凝土应用于室内用于保暖是一般混凝土都比不上的。(4)可以调湿，达到除湿与干燥的功效:高平衡回潮率和保水率，赋予了竹炭纤维调湿的本领。因此，将竹炭纤维应用于混凝土中，使混凝土具有更好的吸收水分和杂质的效果，使混凝土也具有调湿的本领。(5)竹炭材料是一种土壤改良材料，它不腐烂、保水、保肥性能好，能调整土壤酸碱度。而且它为黑色，能吸收阳光，是地温升高，有助于地表融雪，因此，将竹炭纤维应用于混凝土中，使混凝土即使报废后也不会造成浪费和污染。(6)竹炭纤维混凝土，相比于日本公司开发的竹炭混凝土而言，其采用竹炭颗粒，混凝土与竹炭颗粒的结合效果是远远不及竹炭纤维的，对于混凝土的力学性能而言，用纤维状与混凝土结合，可以大大提升混凝土的抗拉强度，这也是比他们的竹炭混凝土更为优势的地方。

[0018]下面对本发明作进一步描述。
[0019]实施例1
[0020]一种竹炭纤维混凝土材料，包括普通混凝土，所述混凝土材料还包括竹炭纤维和分散剂，所述竹炭纤维长度为5_，直径为10微米，其中，以普通混凝土为基准，竹炭纤维为普通混凝土的质量百分比为:0.1% ;以普通混凝土中的水为基准，分散剂为水的质量百分比为:0.05%。
[0021]所述普通混凝土采用质量等级为C25-C50的普通混凝土，所述普通混凝土包括水泥、水、砂、石子和减水剂，减水剂占水泥质量的0.4%%,水泥300kg/m3,砂500kg/m3,石子700kg/m3。
[0022]更进一步，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥，砂为细度模数为2.3，平均粒径为0.35mm的中等河砂，石子为公称粒级范围为5_的碎石。[0023]所述分散剂为甲基纤维素，减水剂为亚甲基二苯酸钠(NNO)。
[0024]本实施例中,所需材料的要求及参数:
[0025]竹炭纤维:片炭含水率5%~8%，颗粒碳含水率14%~18%，固定碳含量85%~88%，灰分含量2%~4% ;比表面积300~600m2/g，挥发分6%~8% ;干碳热30000~33000kJ/kg:pH 值 8 ~9，气干密度 0.800 ~1.320/cm3。
[0026]竹炭纤维:长度10毫米左右；直径为10微米。
[0027]分散剂为甲基纤维素:工业级及以上等级，硅灰或粉煤灰。
[0028]水泥:强度等级为42.5的硅酸盐水泥。
[0029]砂:细度模数为2.3-3，平均粒径为0.35-0.5mm。
[0030]石子:公称粒级范围为5_16mm的碎石。
[0031]减水剂:亚甲基二苯酸纳(NNO)、聚竣酸系减水剂或HSB脂肪族减水剂，占水泥质量的 0.4% -1.2%。
[0032]本实施例选用甲基纤维素作为分散剂，使混杂纤维分散均匀，从而更好地发挥纤维的增强、阻裂作用。并且选用竹炭纤维作为主要纤维，原料丰富，加入混凝土中，强度高，生产成本低。由于 混凝土材料本身多相、多层次的特点，使纤维与混凝土各层次特征尺度有良好匹配，从而达到从整体上对混凝土增强和增韧的目的。其发明主要应用于建筑领域。
[0033]按照上述描述的混凝土的制备方法，设计以质量等级为C30的普通混凝土为基础加入竹炭纤维制备出适量的竹炭纤维混凝土，同时制备出质量等级同为C30的普通混凝土，进行混凝土的抗拉强度和抗压强度试验。
[0034]试验中将所制备的混凝土制成边长为150mm的立方体试件作为标准试件。且取3个试件为一组，试件成型后即用塑料薄膜覆盖表面，置于温度为20°C _25°C的环境中静置24h。然后编号、拆模，拆模后立即将试件移至温度为20-22°C，相对湿度为95%以上的标准养护条件下养护至28d的龄期。
[0035]待试件取出后，分别对两组试件进行抗压强度试验和抗拉强度试验，试验测得本竹炭纤维混凝土试件的抗压强度为40Mpa-45Mpa之间，普通混凝土试件的抗压强度为30Mpa-35Mpa之间，得出竹炭纤维混凝土抗压强度比普通混凝土高出30% -35%左右。同理测得竹炭纤维的抗拉强度为2.6Mpa-4Mpa之间，而普通混凝土为2Mpa_3Mpa之间，得出竹炭纤维混凝土抗拉强度也比普通混凝土高出25% -30%左右。
[0036]实施例2
[0037]本实施例中，所述竹炭纤维长度为15_，直径为16微米，其中，以普通混凝土为基准，竹炭纤维为普通混凝土的质量百分比为:0.35% ;以普通混凝土中的水为基准，分散剂为水的质量百分比为:0.12%。
[0038]所述普通混凝土采用质量等级为C25-C50的普通混凝土，所述普通混凝土包括水泥、水、砂、石子和减水剂，减水剂占水泥质量的0.8%,水泥300-500kg/m3,砂650kg/m3,石子 1000kg/m3。
[0039]更进一步，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥，砂为细度模数为2.8，平均粒径为0.4mm的中等河砂，石子为公称粒级范围为12_的碎石。
[0040]所述分散剂为硅灰。减水剂为聚羧酸系减水剂。
[0041 ] 本实施例的其他方案与实施例1相同。[0042]实施例3
[0043]本实施例中，所述竹炭纤维长度为20mm，直径为20微米，其中，以普通混凝土为基准，竹炭纤维为普通混凝土的质量百分比为:0.5% ;以普通混凝土中的水为基准，分散剂为水的质量百分比为:0.2%。
[0044]进一步，所述普通混凝土采用质量等级为C25-C50的普通混凝土，所述普通混凝土包括水泥、水、砂、石子和减水剂，减水剂占水泥质量的1.2%,水泥500kg/m3,砂800kg/m3，石子 1200kg/m3。
[0045]更进一步，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥，砂为细度模数为3，平均粒径为0.5mm的中等河砂，石子为公称粒级范围为16mm的碎石。
[0046]所述分散剂为粉煤灰。减水剂为HSB脂肪族减水剂。
[0047]本实施例的其他方案与实施例1相同。
[0048]实施例4
[0049]一种竹炭纤维混凝土材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:
[0050](I)按竹炭纤维混凝土材料的组份，将普通混凝土、竹炭纤维和分散剂分别称出，以普通混凝土为基准，竹炭纤维为普通混凝土的质量百分比为:0.1%% ;以普通混凝土中的水为基准，分散剂为水的质量百分比为:0.05% ；
[0051]所述普通混凝 土包括水泥、水、砂、石子和减水剂，减水剂占水泥质量的0.4%，水泥 300kg/m3,砂 500kg/m3,石子 700kg/m3 ；
[0052](2)取水温为60摄氏度的水，放入分散剂并震荡3分钟，静置20分钟，直至分散剂均匀融入水中为止，再将竹炭纤维加入，继续振荡，直至竹炭纤维纤维在溶液中呈单丝状分布为止；
[0053](3)将水泥和砂的混合物倒入搅拌机中，先干搅3分钟，然后倒入竹炭纤维水溶液，搅拌均匀后，再放入石子进行搅拌，搅拌的同时将剩余的水分加入，最后放入减水剂，搅拌至规定坍落度即可。坍落度优选为100_。
[0054]进一步，所述步骤(2)中，竹炭纤维的制作过程如下:取毛竹为原料，采用纯氧高温及氮气阻隔延时进行煅烧，形成竹炭纤维的微孔，然后再与具有蜂窝状微孔结构趋势的聚酯改性切片熔融纺丝而成。
[0055]所述普通混凝土采用质量等级为C25-C50的普通混凝土，所述普通混凝土包括水泥、水、砂、石子和减水剂，减水剂占水泥质量的0.4%%,水泥300kg/m3,砂500kg/m3,石子700kg/m3。
[0056]更进一步，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥，砂为细度模数为2.3，平均粒径为0.35mm的中等河砂，石子为公称粒级范围为5_的碎石。
[0057]所述分散剂为甲基纤维素，减水剂为亚甲基二苯酸钠(NNO)。
[0058]本实施例中，所需材料的要求及参数:
[0059]竹炭纤维:片炭含水率5%~8%，颗粒碳含水率14%~18%，固定碳含量85%~88%，灰分含量2%~4% ;比表面积300~600m2/g，挥发分6%~8% ;干碳热30000~33000kJ/kg:pH 值 8 ~9，气干密度 0.800 ~1.320/cm3。
[0060]竹炭纤维:长度10毫米左右；直径为10微米。
[0061]分散剂为甲基纤维素:工业级及以上等级，硅灰或粉煤灰。[0062]水泥:强度等级为42.5的硅酸盐水泥。
[0063]砂:细度模数为1.3-3，平均粒径为0.35-0.5mm。
[0064]石子:公称粒级范围为5_16mm的碎石。
[0065]减水剂:亚甲基二苯酸钠(NNO)、聚羧酸系减水剂或HSB脂肪族减水剂，占水泥质量的 0.4% -1.2%。
[0066]本实施例选用甲基纤维素作为分散剂，使混杂纤维分散均匀，从而更好地发挥纤维的增强、阻裂作用。并且选用竹炭纤维作为主要纤维，原料丰富，加入混凝土中，强度高，生产成本低。由于混凝土材料本身多相、多层次的特点，使纤维与混凝土各层次特征尺度有良好匹配，从而达到从整体上对混凝土增强和增韧的目的。其发明主要应用于建筑领域。
[0067]按照上述描述的混凝土的制备方法，设计以质量等级为C30的普通混凝土为基础加入竹炭纤维制备出适量的竹炭纤维混凝土，同时制备出质量等级同为C30的普通混凝土，进行混凝土的抗拉强度和抗压强度试验。
[0068]试验中将所制备的混凝土制成边长为150mm的立方体试件作为标准试件。且取3个试件为一组，试件成型后即用塑料薄膜覆盖表面，置于温度为20°C _25°C的环境中静置24h。然后编号、拆模，拆模后立即将试件移至温度为20-22°C，相对湿度为95%以上的标准养护条件下养护至28d的龄期。
[0069]待试件取出后，分别对两组试件进行抗压强度试验和抗拉强度试验，试验测得本竹炭纤维混凝土试件的抗压强度为40Mpa-45Mpa之间，普通混凝土试件的抗压强度为30Mpa-35Mpa之间，得出竹炭纤维混凝土抗压强度比普通混凝土高出30% -35%左右。同理测得竹炭纤维的抗拉强度为2.6Mpa-4Mpa之间，而普通混凝土为2Mpa_3Mpa之间，得出竹炭纤维混凝土抗拉强度也比普通混凝土高出25% -30%左右。
[0070]实施例5
[0071]本实施例中，所述竹炭纤维长度为15_，直径为16微米，其中，以普通混凝土为基准，竹炭纤维为普通混凝土的质量百分比为:0.35% ;以普通混凝土中的水为基准，分散剂为水的质量百分比为:0.12%。
[0072]所述普通混凝土采用质量等级为C25-C50的普通混凝土，所述普通混凝土包括水泥、水、砂、石子和减水剂，减水剂占水泥质量的0.8%,水泥300-500kg/m3,砂650kg/m3,石子 1000kg/m3。
[0073]所述步骤(2)中，取水温为80摄氏度的水，放入分散剂并震荡4分钟，静置26分钟，直至分散剂均匀融入水中为止，再将竹炭纤维加入，继续振荡，直至竹炭纤维纤维在溶液中呈单丝状分布为止；
[0074]所述步骤(3)中，将水泥和砂的混合物倒入搅拌机中，先干搅4分钟，然后倒入竹炭纤维水溶液进行搅动，搅拌均匀后，再放入石子进行搅拌，搅拌的同时将剩余的水分加入，最后放入减水剂，搅拌至规定坍落度即可。坍落度优选为110_。
[0075]更进一步，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥，砂为细度模数为2.8，平均粒径为0.4mm的中等河砂，石子为公称粒级范围为12_的碎石。
[0076]所述分散剂为硅灰。减水剂为聚羧酸系减水剂。
[0077]本实施例的其他方案与实施例4相同。
[0078]实施例6[0079]本实施例中，所述竹炭纤维长度为20mm，直径为20微米，其中，以普通混凝土为基准，竹炭纤维为普通混凝土的质量百分比为:0.5% ;以普通混凝土中的水为基准，分散剂为水的质量百分比为:0.2%。
[0080]进一步，所述普通混凝土采用质量等级为C25-C50的普通混凝土，所述普通混凝土包括水泥、水、砂、石子和减水剂，减水剂占水泥质量的1.2%,水泥500kg/m3,砂800kg/m3，石子 1200kg/m3。
[0081]所述步骤(2)中，取水温为90摄氏度的水，放入分散剂并震荡5分钟，静置30分钟，直至分散剂均匀融入水中为止，再将竹炭纤维加入，继续振荡，直至竹炭纤维纤维在溶液中呈单丝状分布为止；
[0082]所述步骤(3)中，将水泥和砂的混合物倒入搅拌机中，先干搅5分钟，然后倒入竹炭纤维水溶液进行搅动，搅拌均匀后，再放入石子进行搅拌，搅拌的同时将剩余的水分加入，最后放入减水剂，搅拌至规定坍落度即可。坍落度优选为120_。
[0083]更进一步，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥，砂为细度模数为3，平均粒径为0.5mm的中等河砂，石子为公称粒级范围为16mm的碎石。
[0084]所述分散剂为粉煤灰。减水剂为HSB脂肪族减水剂。
[0085]本实施例的其 他方案与实施例4相同。