本申請涉及無機(jī)非金屬材料，尤其涉及文石纖維及其制備方法、水泥基材料、水泥制件。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的水泥基材料在使用過程中常常面臨耐久性不足、抗裂性能差等問題，限制了其使用壽命和應(yīng)用范圍。現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，加入微纖維可以增強(qiáng)水泥基材料，具有良好的增強(qiáng)效果和較低的成本。例如物理摻雜法，將聚丙烯纖維、鋼纖維和玻璃纖維等微纖維與水泥基材料物理混合，但是存在纖維分布不均勻、纖維與基體結(jié)合力不足等問題。例如化學(xué)合成法，在水泥基材料中引入聚合物單體進(jìn)行原位聚合反應(yīng)形成增強(qiáng)相，但反應(yīng)條件苛刻，工藝復(fù)雜，成本較高。例如微生物礦化技術(shù)，通過脲酶陽性細(xì)菌等微生物誘導(dǎo)碳酸鈣礦物結(jié)晶，可以改善水泥基材料的性能。

2、微生物礦化過程中，礦物晶體的形態(tài)和尺寸難以精確控制，會影響用于水泥基材料的力學(xué)性能和耐久性。由于碳酸鈣晶體有多種同質(zhì)異象變體，例如球霰石、文石、方解石。其中，球霰石很不穩(wěn)定，遇熱容易轉(zhuǎn)化為方解石，方解石性質(zhì)最穩(wěn)定，但是其常見的微觀形態(tài)主要為片狀、塊狀團(tuán)聚體，球霰石常見的微觀形態(tài)主要為球狀團(tuán)聚體，都無法作為微纖維用于水泥基材料中。

3、文石雖然與水泥基材料相容性最好，而且比球霰石穩(wěn)定性略高，但也處于亞穩(wěn)態(tài)，容易轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)的方解石，所以現(xiàn)有技術(shù)制備方法在制備文石時容易生成大量方解石，降低了文石的得率；并且，文石也具有多種微觀形態(tài)，如棒狀(針狀、纖維狀)、放射狀、鐘乳狀、豆?fàn)畹?，現(xiàn)有制備方法難以調(diào)控文石生成微纖維形態(tài)，降低了文石纖維的得率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供文石纖維及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)制備方法難以制得文石纖維的技術(shù)問題。

2、本申請的另一目的在于提供水泥基材料和水泥制件，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)微纖維改善水泥基材料性能不理想的技術(shù)問題。

3、為實(shí)現(xiàn)上述申請目的，本申請采用的技術(shù)方案如下：

4、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N文石纖維的制備方法，包括如下步驟：

5、將包括鈣離子、脲酶、尿素的原料配制成混合溶液進(jìn)行沉淀反應(yīng)，得到文石纖維；

6、其中，混合溶液中還包括直鏈淀粉、鎂離子、硫酸根離子中的至少一種。

7、本申請制備方法通過混合溶液中的催化劑促使尿素水解生成碳酸根離子，再與鈣離子生成碳酸鈣沉淀。并且，混合溶液中包括的直鏈淀粉、鎂離子、硫酸根離子中的至少一種，一方面可以誘導(dǎo)鈣離子與碳酸根離子生成文石晶體，并抑制其他同質(zhì)異象變體如球霰石、方解石晶體的生成；另一方面，可以誘導(dǎo)文石晶體以微纖維形態(tài)沉淀，促使棒狀纖維的產(chǎn)生，抑制放射狀、豆?fàn)畹任⒂^形態(tài)顆粒的生成，從而提高文石纖維的得率。同時，還控制混合溶液的溫度，以減少文石晶體向方解石晶體轉(zhuǎn)化，提高文石纖維的得率。因此，本申請制備方法工藝可控，制得文石纖維的得率高，具有良好的微纖維形態(tài)，具有較大的長徑比、較小的比表面積和內(nèi)應(yīng)力，因此，制得的文石纖維不易團(tuán)聚，可以用于增強(qiáng)水泥基材料。

8、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N文石纖維，文石纖維由包括如上文本申請制備方法制得。

9、本申請文石纖維為文石晶體，與水泥基材料具有良好的相容性，并且呈微纖維形態(tài)，尺寸上具有較高的長徑比和較小的比表面積，所以內(nèi)聚力小，分散性良好不容易團(tuán)聚成大顆粒，用于水泥基材料中可以顯著發(fā)揮微纖維的改性效果，提高抗裂性能。同時，文石纖維化學(xué)成分主要為碳酸鈣，作為摻合料可以改善工作性能，提高強(qiáng)度。綜上，本申請實(shí)施例文石纖維可以提高水泥基材料的力學(xué)強(qiáng)度、韌性和耐久性。

10、第三方面，本申請?zhí)峁┮环N水泥基材料，包括水泥材料，還包括如上文本申請制備方法制得的文石纖維或者如上文本申請文石纖維。

11、本申請水泥基中的文石纖維與水泥材料相容性好，并且棒狀的文石纖維不容易吸附團(tuán)聚為大顆粒，分散性良好，可以均勻分布在水泥材料中。因此，水泥基材料可以充分發(fā)揮纖維對水泥材料的改性效果，提高抗裂性能。同時，文石纖維化學(xué)成分主要為碳酸鈣，作為摻合料可以改善工作性能，提高強(qiáng)度。綜上，本申請實(shí)施例水泥基材料具有較高的力學(xué)強(qiáng)度、抗裂性能、耐久性能。

12、第四方面，本申請?zhí)峁┮环N水泥制件，水泥制件由上文本申請水泥基材料經(jīng)水化處理制得。

13、本申請水泥制件由上文水泥基材料經(jīng)水化處理制得，文石纖維作為水泥水化產(chǎn)物的成核位點(diǎn)，可以加速水泥水化，促進(jìn)水泥水化產(chǎn)物形成，進(jìn)而提高其力學(xué)性能。水泥材料硬化后文石纖維均勻填充結(jié)合在水泥制件中，在水泥制件受到外界拉力、壓力、彎折力時，這些文石纖維可以協(xié)同固化的水泥將應(yīng)力吸收遷移，進(jìn)一步提高水泥制件的力學(xué)強(qiáng)度，尤其是提高抗拉、抗壓、抗彎性能。并且，這些文石纖維在水泥制件中形成三維網(wǎng)狀分布，可以有效減少水泥制件內(nèi)部微裂紋的產(chǎn)生，當(dāng)水泥制件受到較大應(yīng)力產(chǎn)生細(xì)小裂紋時，文石纖維跨接在裂紋處，防止裂紋進(jìn)一步生長傳播，進(jìn)一步提高了水泥制件的韌性和抗裂性能。

技術(shù)特征：

1.一種文石纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述混合溶液中，所述鈣離子、所述催化劑、所述尿素的質(zhì)量比為1：(0.5～2)：(1～5)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述混合溶液含有所述直鏈淀粉時，所述直鏈淀粉的濃度為2％～5％；

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述混合溶液的溫度為20～50℃；

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述催化劑包括脲酶，所述脲酶、所述直鏈淀粉中的至少一種由大豆經(jīng)第一提取處理制得；

6.一種文石纖維，其特征在于：所述文石纖維由包括如權(quán)利要求1～5任一項所述的制備方法制得。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的文石纖維，其特征在于，所述文石纖維滿足如下(1)～(3)特征中的至少一者：

8.一種水泥基材料，其特征在于：包括水泥材料，還包括如權(quán)利要求1～5任一項所述制備方法制得的文石纖維或者如權(quán)利要求6或7所述的文石纖維。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水泥基材料，其特征在于：所述水泥材料與所述文石纖維的質(zhì)量比為(2～4)：1。

10.一種水泥制件，其特征在于：所述水泥制件由權(quán)利要求8或9所述的水泥基材料經(jīng)水化處理制得。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及無機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及文石纖維及其制備方法、水泥基材料、水泥制件。制備方法包括如下步驟：將包括鈣離子、脲酶、尿素的原料配制成混合溶液進(jìn)行沉淀反應(yīng)，得到文石纖維；其中，混合溶液中還包括直鏈淀粉、鎂離子、硫酸根離子中的至少一種，混合溶液的溫度≤50℃。催化劑促使尿素水解生成碳酸根離子，再與鈣離子生成碳酸鈣沉淀。直鏈淀粉、鎂離子、硫酸根離子一方面可以誘導(dǎo)鈣離子與碳酸根離子生成文石晶體，并抑制其他同質(zhì)異象變體的生成；另一方面，可以誘導(dǎo)文石晶體以微纖維形態(tài)沉淀，促使棒狀纖維的產(chǎn)生，抑制其他微觀形態(tài)顆粒的生成。制得文石纖維具有良好的微纖維形態(tài)，不易團(tuán)聚，可以用于增強(qiáng)水泥基材料。

技術(shù)研發(fā)人員：龍武劍,胡凱玥,鐘安楠,馮甘霖,羅啟靈,邢鋒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6