本發(fā)明屬于有機(jī)高分子材料及建筑材料領(lǐng)域，主要用于鋼纖維混凝土的配制。

背景技術(shù)：

國內(nèi)建筑材料領(lǐng)域中，普通鋼纖維，極易生銹，而不銹鋼合金纖維價格較貴，目前的短細(xì)鋼纖維的表面主要是采用鍍銅處理，干燥環(huán)境下防銹效果較好，且價格相對低廉。但是鍍銅鋼纖維在酸、堿性和潮濕環(huán)境下，其耐久性并不令人滿意，且鍍銅處理對于鋼纖維與水泥基體之間的粘結(jié)性能并無提高。

鋯元素化合物對酸、堿、鹽類化合物均有超強(qiáng)的耐腐蝕性能，且鋯鹽也有可能參與硅烷膜的形成，增加硅烷膜表面的粘結(jié)力。相比與純硅烷涂層，粘結(jié)力和耐腐蝕性大大增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明首先所要解決技術(shù)問題是提供一種用于鋼纖維表面改性的基于硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)合涂層，能大幅度的提高鋼纖維與水泥基體的界面過渡區(qū)的力學(xué)性能，更充分的發(fā)揮鋼纖維優(yōu)異的抗拉性能，兼具良好的耐久性和力學(xué)性能。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于鋼纖維表面改性的基于硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)合涂層，其特征是，所述的基于硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)合涂層由硅烷偶聯(lián)劑、硝酸鋯、氟化鈦、氟化鋯、六氟酸鋯組成。

其中氟化鈦與硝酸鋯、氟化鋯和六氟鋯酸的相對金屬原子質(zhì)量比均為1:1-1:3，其中硝酸鋯濃度為0.01mol/L-0.05mol/L,六氟鋯酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％-24％。

所述硅烷偶聯(lián)劑為：γ‐氨丙基三乙氧基硅烷、γ‐縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ‐(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N‐(β‐氨乙基)‐γ‐氨丙基三甲氧基硅烷中、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷的一種或者2‐3種混合偶聯(lián)劑，醇為甲醇、乙醇中的一種或二者的混合液。

本發(fā)明另一個所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于硅烷偶聯(lián)劑的鋼纖維表面改性方法，可以有效增加鋼纖維與水泥基體之間的界面粘結(jié)力。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于硅烷偶聯(lián)劑的鋼纖維表面改性方法，其特征是，

(1)、表面處理劑的配置：

硅烷偶聯(lián)劑在醇的水溶液中水解得到硅烷偶聯(lián)劑水解液；按比例加入硝酸鋯、氟化鈦、氟化鋯、六氟鋯酸，配得表面處理劑；

(2)、在鋼纖維表面施加表面處理劑：

將鋼纖維浸入到步驟(1)配得的表面處理劑中，待吸附完成后，將鋼纖維取出，置于90‐120℃環(huán)境中，恒溫烘干，得到表面改性后的鋼纖維。

硅烷偶聯(lián)劑的水解可采用以下步驟：將去離子水和醇按比例均勻混合，制得醇的水溶液，加入硅烷偶聯(lián)劑，常溫下充分?jǐn)嚢瑁旌暇鶆?，制得硅烷偶?lián)劑水解液，密封保存。

鋼纖維可采用以下步驟預(yù)處理：取適量長度的鋼纖維，采用砂紙打磨鋼纖維表面，去除表面金屬鍍層或鈍化膜，拋光，用清潔液清洗去除金屬表面油污雜質(zhì)等，用強(qiáng)堿溶液浸泡，然后將鋼纖維取出，用清水沖洗，再浸入無水乙醇中,得到預(yù)處理后的鋼纖維。

在鋼纖維表面施加表面處理劑的步驟：取預(yù)處理好的鋼纖維，擦干或風(fēng)干表面附著的無水乙醇，然后浸入到上述表面處理劑中，待吸附完成后，將鋼纖維取出，置于90‐120℃環(huán)境中，恒溫烘干，時間為0.5‐2h,得到改性后的鋼纖維。

采用本發(fā)明得到了一種具有良好的抗銹蝕性能、耐久性、表面粘結(jié)性能、用于鋼纖維表面的涂層，本發(fā)明能大幅度的提高鋼纖維與水泥基體的界面過渡區(qū)的力學(xué)性能，更充分的發(fā)揮鋼纖維優(yōu)異的抗拉性能，兼具良好的耐久性和力學(xué)性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明改性后的鋼纖維表面在掃描電子顯微鏡下的表面形貌。(a)-(d)為鋼纖維表面改性后的形貌，(e)為原鋼纖維表面形貌。

圖2是本發(fā)明中硅烷偶聯(lián)劑改性后鋼纖維與原鋼纖維的單根鋼纖維拔出實(shí)驗(yàn)效果對比圖，其中鋼纖維直徑為1mm，在砂漿中的埋置深度為50mm。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種用于鋼纖維表面改性的基于硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)合涂層，其實(shí)施包括如下步驟：

(1)表面處理劑的配置：取甲醇25ml,去離子水150ml，混合，然后加入25ml硅烷偶聯(lián)劑N‐(β‐氨乙基)‐γ‐氨丙基三甲氧基硅烷，在常溫下攪拌20min，混合均勻，硅烷偶聯(lián)劑在攪拌過程中發(fā)生水解，溶液由渾濁變?yōu)橥该?。密封保?4h，使得硅烷偶聯(lián)劑水解完全，得到硅烷偶聯(lián)劑溶液。在水解好的硅烷偶聯(lián)劑溶液中，加入1.5g五水硝酸鋯晶體，常溫下充分?jǐn)嚢杓s30min，使硝酸鋯充分溶解，得到實(shí)驗(yàn)所需表面處理劑。

(2)鋼纖維的預(yù)處理：取適量長度的鋼纖維，采用砂紙打磨鋼纖維表面，去除表面金屬鍍層或鈍化膜，拋光，用清潔液清洗去除金屬表面油污雜質(zhì)等，用強(qiáng)堿溶液浸泡，然后將鋼纖維取出，用清水沖洗，再浸入無水乙醇中,得到預(yù)處理好的鋼纖維；

(3)在鋼纖維表面施加表面處理劑：取預(yù)處理好的鋼纖維，擦干或風(fēng)干表面附著的無水乙醇，然后浸入到表面處理劑中，約2min,待吸附完成后，將鋼纖維取出，置于90-120℃環(huán)境中，恒溫烘干，時間為0.5-2h,得到表面改性后的鋼纖維T1。鋼纖維表面改性后，在掃描電子顯微鏡下的形貌如圖1(a)所示。

將鋼纖維垂直埋置在高強(qiáng)度的新拌砂漿中，埋置深度為50mm，標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)28d后，得到實(shí)驗(yàn)組T1，測其單根纖維的拔出粘結(jié)力，其極限粘結(jié)力為731N，原鋼纖維極限粘結(jié)力為480N，提高約52％。拔出荷載-位移曲線如圖2所示。

實(shí)施例2

一種用于鋼纖維表面改性的基于硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)合涂層，其實(shí)施包括如下步驟：

(1)表面處理劑的配置：取甲醇25ml,去離子水150ml，混合，然后加入25ml硅烷偶聯(lián)劑γ‐縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，在常溫下攪拌20min，混合均勻，硅烷偶聯(lián)劑在攪拌過程中發(fā)生水解。密封保存24h，使得硅烷偶聯(lián)劑水解完全，得到硅烷偶聯(lián)劑溶液。在水解好的硅烷偶聯(lián)劑溶液中，加入1.5g五水硝酸鋯晶體，常溫下充分?jǐn)嚢杓s30min，使硝酸鋯充分溶解，得到實(shí)驗(yàn)所需表面處理劑。

(2)鋼纖維的預(yù)處理：取適量長度的鋼纖維，采用砂紙打磨鋼纖維表面，去除表面金屬鍍層或鈍化膜，拋光，用清潔液清洗去除金屬表面油污雜質(zhì)等，用強(qiáng)堿溶液浸泡，然后將鋼纖維取出，用清水沖洗，再浸入無水乙醇中,得到預(yù)處理好的鋼纖維；

(3)在鋼纖維表面施加表面處理劑：取預(yù)處理好的鋼纖維，擦干或風(fēng)干表面附著的無水乙醇，然后浸入到表面處理劑中，約2min,待吸附完成后，將鋼纖維取出，置于90-120℃環(huán)境中，恒溫烘干，時間為0.5-2h,得到表面改性后的鋼纖維T2。鋼纖維表面改性后，在掃描電子顯微鏡下的形貌如圖1(b)所示。

將鋼纖維垂直埋置在高強(qiáng)度的新拌砂漿中，埋置深度為50mm，標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)28d后，測其單根纖維的拔出粘結(jié)力，其極限粘結(jié)力為963N，原鋼纖維極限粘結(jié)力為480N，提高約100％。拔出荷載-位移曲線如圖2所示。

實(shí)施例3

一種用于鋼纖維表面改性的基于硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)合涂層，其實(shí)施包括如下步驟：

(1)表面處理劑的配置：取甲醇25ml,去離子水150ml，混合，然后加入硅烷偶聯(lián)劑γ‐縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和N‐(β‐氨乙基)‐γ‐氨丙基三甲氧基硅烷各25ml，在常溫下攪拌20min，混合均勻，硅烷偶聯(lián)劑在攪拌過程中發(fā)生水解。密封保存24h，使得硅烷偶聯(lián)劑水解完全，得到硅烷偶聯(lián)劑溶液。在水解好的硅烷偶聯(lián)劑溶液中，加入1.5g五水硝酸鋯晶體，常溫下充分?jǐn)嚢杓s30min，使硝酸鋯充分溶解，得到實(shí)驗(yàn)所需表面處理劑。

(2)鋼纖維的預(yù)處理：取適量長度的鋼纖維，采用砂紙打磨鋼纖維表面，去除表面金屬鍍層或鈍化膜，拋光，用清潔液清洗去除金屬表面油污雜質(zhì)等，用強(qiáng)堿溶液浸泡，然后將鋼纖維取出，用清水沖洗，再浸入無水乙醇中,得到預(yù)處理好的鋼纖維；

(3)在鋼纖維表面施加表面處理劑：取預(yù)處理好的鋼纖維，擦干或風(fēng)干表面附著的無水乙醇，然后浸入到表面處理劑中，約2min,待吸附完成后，將鋼纖維取出，置于90-120℃環(huán)境中，恒溫烘干，時間為0.5-2h,得到表面改性后的鋼纖維T3。

將鋼纖維垂直埋置在高強(qiáng)度的新拌砂漿中，埋置深度為50mm，標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)28d后，測其單根纖維的拔出粘結(jié)力，其極限粘結(jié)力為827N，原鋼纖維極限粘結(jié)力為480N，提高約72％。拔出荷載-位移曲線如圖2所示。

實(shí)施例4

一種用于鋼纖維表面改性的基于硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)合涂層，其實(shí)施包括如下步驟：

(1)表面處理劑的配置：取無水乙醇25ml,去離子水150ml，混合，然后加入25ml硅烷偶聯(lián)劑γ‐氨丙基三乙氧基硅烷，在常溫下攪拌20min，混合均勻，硅烷偶聯(lián)劑在攪拌過程中發(fā)生水解。密封保存24h，使得硅烷偶聯(lián)劑水解完全，得到硅烷偶聯(lián)劑溶液。在水解好的硅烷偶聯(lián)劑溶液中，加入5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45％的六氟鋯酸水溶液，常溫下充分?jǐn)嚢杓s10min，混合均勻，得到實(shí)驗(yàn)所需表面處理劑。

(2)鋼纖維的預(yù)處理：取適量長度的鋼纖維，采用砂紙打磨鋼纖維表面，去除表面金屬鍍層或鈍化膜，拋光，用清潔液清洗去除金屬表面油污雜質(zhì)等，用強(qiáng)堿溶液浸泡，然后將鋼纖維取出，用清水沖洗，再浸入無水乙醇中,得到預(yù)處理好的鋼纖維；

(3)在鋼纖維表面施加表面處理劑：取預(yù)處理好的鋼纖維，擦干或風(fēng)干表面附著的無水乙醇，然后浸入到表面處理劑中，約2min,待吸附完成后，將鋼纖維取出，置于90-120℃環(huán)境中，恒溫烘干，時間為0.5-2h,得到表面改性后的鋼纖維T4。鋼纖維表面改性后，在掃描電子顯微鏡下的形貌如圖1(c)所示。

實(shí)施例5

一種用于鋼纖維表面改性的基于硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)合涂層，其實(shí)施包括如下步驟：

(1)表面處理劑的配置：取無水甲醇25ml,去離子水150ml，混合，然后加入25ml硅烷偶聯(lián)劑N‐(β‐氨乙基)‐γ‐氨丙基三甲氧基硅烷，在常溫下攪拌20min，混合均勻，硅烷偶聯(lián)劑在攪拌過程中發(fā)生水解。密封保存24h，使得硅烷偶聯(lián)劑水解完全，得到硅烷偶聯(lián)劑溶液。在水解好的硅烷偶聯(lián)劑溶液中，加入5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45％的六氟鋯酸水溶液，常溫下充分?jǐn)嚢杓s10min，混合均勻，得到實(shí)驗(yàn)所需表面處理劑。

(2)鋼纖維的預(yù)處理：取適量長度的鋼纖維，采用砂紙打磨鋼纖維表面，去除表面金屬鍍層或鈍化膜，拋光，用清潔液清洗去除金屬表面油污雜質(zhì)等，用強(qiáng)堿溶液浸泡，然后將鋼纖維取出，用清水沖洗，再浸入無水乙醇中,得到預(yù)處理好的鋼纖維；

(3)在鋼纖維表面施加表面處理劑：取預(yù)處理好的鋼纖維，擦干或風(fēng)干表面附著的無水乙醇，然后浸入到表面處理劑中，約2min,待吸附完成后，將鋼纖維取出，置于90-120℃環(huán)境中，恒溫烘干，時間為0.5-2h,得到表面改性后的鋼纖維T5。鋼纖維表面改性后，在掃描電子顯微鏡下的形貌如圖1(d)所示。