本发明专利技术公开了一种改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料及其制备方法，所述改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料由常见建筑原料、化工原料和城市废弃物等复合而成。本改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料中的原料易得且货源充足，加工制备简单，成本低廉，极大促进了混凝土材料组成与结构性能优化。本发明专利技术解决了现有水泥基复合材料在标准养护和蒸汽养护条件下无法达到抗压强度420MPa以上、抗折强度78MPa以上、氯离子扩散系数3.15×10‑12m2/s以下的难题，大幅度提高了成型后复合材料的结构强度和抗氯盐侵蚀性，适用于混凝土设计抗压强度为420MPa的大型土木工程结构抗氯盐侵蚀性材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑材料和基础工程建设领域，涉及一种水泥基复合材料及其制备方法。
技术介绍
超高性能水泥基复合材料是20世纪80年代发展起来的一种新材料，具有超高的强度、耐久性和工作性，最先出现在法国。与普通水泥基复合材料和高性能水泥基复合材料相比，其具有优异的力学性能和耐久性，并且由于在其体系内掺加了大量的纤维，在受力开裂过程中存在多缝开裂和应变强化的过程，韧性显著提高，具有极强的阻裂能力。最近十几年来，由于其具有相同或超过金属和有机高分子材料的优异性能，超高性能水泥基复合材料进入了机械制造、电子工业以及航空航天等高
，大大的拓宽了这一无机非金属材料的应用范围。可以预见，超高性能水泥基复合材料在未来必将获得更为广泛的应用。同时我们注意到纳米材料的价格非常昂贵，这使得纳米材料增强超高性能水泥基复合材料 价格也大幅上升，很难大规模推广应用。在氯盐环境（如海洋环境、除冰盐环境、盐碱地环境以及水中和土中含有大量氯离子的环境等）中采用钢筋混凝土结构已经有上百年的历史，但以普通硅酸盐水泥制备混凝土时，由于混凝土的抗氯盐侵蚀能力较差，结构中的钢筋很快锈蚀，从而导致建筑物的过早破坏。因此，如何制备高强度等级的超高性能水泥基复合材料，同时降低其工艺成本及提高抗氯盐侵蚀性，这始终是超高性能水泥基复合抗氯盐侵蚀性材料推广应用的技术难题。活性炭是目前废弃椰壳深加工的主要产品，椰壳被烧成椰壳炭，进一步活化制成椰壳活性炭。1吨椰壳可以加工300千克左右的椰壳炭，可进一步提炼出120千克左右的椰壳活性炭。作为一种优质的功能强大的吸附剂，椰壳活性炭的用途非常广泛，可用于净化空气和饮用水，从天然气中提取汽油、提纯煤油、氨和乙炔，过滤毒气，还可用于制造干电池和香烟的过滤嘴以及制糖、医药、化工、食品、试剂、酿造和环保等行业的脱色精制、除臭、除味、消毒和净化等。而传统的普通活性炭水泥基复合材料具备调节室内建筑物湿度平衡和除臭杀菌的功能。同时，为适应城市化发展需要和缓解日益增加的城市生活垃圾处置压力，近年来我国已有不少城市，如上海、常州等，开始或计划兴建大型生活垃圾焚烧厂。焚烧可大大减少生活垃圾的量（减少90%左右的体积），但仍有20%～30%的质量留在了灰渣当中。如何有效回收利用各种垃圾和废弃物，这对于节省能源、资源，保护生态环境，提高水泥基复合材料材料的各项重要性能，具有重要的现实意义和实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料及其制备方法，在回收利用椰壳废弃物、城市垃圾焚烧灰渣、废旧轮胎以及农作物秸秆的同时大大降低了混凝土的密度，极大的提高了混凝土的抗震和变形能力，改变了普通混凝土脆性破坏的模式，实现了应变硬化。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料，按照重量份的原料包括：水泥15～25份、经微波-超声波联合改性处理的生态纳米颗粒30～50份、秸秆纤维15～25份、聚烷基芳香基磺酸盐系分散剂2～4份、聚羧酸类减水剂4～8份和有机硅消泡粉2～4份；所述生态纳米颗粒，按照重量份的纳米级组分为：椰壳活性炭颗粒1～3份、城市垃圾焚烧灰渣颗粒4～6份和废旧轮胎橡胶颗粒2～4份。作为本专利技术的进一步方案，所述改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料，按照重量份的原料包括：水泥20份、经微波-超声波联合改性处理的生态纳米颗粒40份、秸秆纤维20份、聚烷基芳香基磺酸盐系分散剂3份、聚羧酸类减水剂6份和有机硅消泡粉3份；所述生态纳米颗粒，按照重量份的纳米级组分为：椰壳活性炭颗粒2份、城市垃圾焚烧灰渣颗粒5份和废旧轮胎橡胶颗粒3份。作为本专利技术的进一步方案，所述水泥采用强度等级为52.5～62.5的硅酸盐水泥。作为本专利技术的进一步方案，所述秸秆纤维由废弃农作物秸秆制成，其直径为0.1～0.3mm，长度为10～15mm。作为本专利技术的进一步方案，所述椰壳活性炭颗粒由废弃椰壳制成。所述改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料的制备方法，具体步骤为：（1）首先将生态纳米颗粒与聚烷基芳香基磺酸盐系分散剂混合干拌1～2分钟，再加水没过生态纳米颗粒，随后在搅拌的条件下对其进行微波-超声波联合改性处理，所述微波-超声波联合改性处理的处理温度为150℃～250℃，处理时间为20～30分钟；处理后将浆体置于真空干燥箱中，在40℃～60℃温度范围内真空干燥6～8小时，得到改性生态纳米颗粒；（2）将步骤（1）得到的改性生态纳米颗粒与水泥一起在砂浆搅拌容器中干拌4～6分钟；随后在搅拌的条件下加入聚羧酸类减水剂和有机硅消泡粉的水溶液；最后加入秸秆纤维，并持续搅拌4～6分钟，即可得到改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料的半成品；（3）将改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料的半成品装入模具内，覆盖一层塑料膜密封，20±2℃条件下带模养护3天后拆模；再经标准养护90天或85℃蒸养5天，可得到抗压强度420MPa以上、抗折强度78MPa以上、氯离子扩散系数 3.15×10-12m2/s以下的改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料。作为本专利技术的进一步方案，步骤（1）中所述微波-超声波联合改性处理的处理温度为200℃，处理时间为25分钟。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术利用改性生态纳米颗粒水泥大量取代水泥，通过多元复合技术的有效和高效利用，大大促进了混凝土材料组成与结构优化，改性生态纳米颗粒的特殊物化效应（颗粒形态效应、微集料效应、表面效应等）使得结构更加致密、纤维分散更加均匀，充分发挥其骨架增强作用，在简单成型工艺及养护制度下，成功制备出了抗压强度420MPa、抗折强度78MPa以上的改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料。（2）本专利技术制备的改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料还具有较高的抗氯盐侵蚀性能，其氯离子扩散系数在3.15×10-12m2/s以下；由于废旧轮胎颗粒的粒径较小，可以填充在水泥和掺合料的空隙中，从而降低空隙率，提高混凝土致密性及其抗氯盐侵蚀性能；而且改性生态纳米颗粒也具有一定的激发水泥早期水化的作用，这也会进一步提高混凝土抗氯盐侵蚀性能。 具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。实施例1一种改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料，按照重量份的原料包括：水泥15份、经微波-超声波联合改性处理的生态纳米颗粒30份、秸秆纤维15份、聚烷基芳香基磺酸盐系分散剂2份、聚羧酸类减水剂4份和有机硅消泡粉2份；所述生态纳米颗粒，按照重量份的纳米级组分为：椰壳活性炭颗粒1份、城市垃圾焚烧灰渣颗粒4份和废旧轮胎橡胶颗粒2份。所述水泥采用强度等级为52.5的硅酸盐水泥。所述秸秆纤维由废弃农作物秸秆制成，其直径为0.1mm，长度为10mm。 一种改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料的制备方法，具体步骤为：（1）首先将生态纳米颗粒与聚烷基芳香基磺酸盐系分散剂混合干拌1～2分钟，再加水没过生态纳米颗粒，随后在搅拌的条件下对其进行微波-超声波联合改性处理，所述微波-超声波联合改性处理的处理温度为150℃，处理时间为20分钟；处理后将浆体置于真空干燥箱中，在40℃～60℃温度范围内真空干燥6～8小时，得到改性生态纳米颗粒；（2）将步骤（1）得到的改性生态纳米颗粒与水泥一起在砂浆搅拌容器中干本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料，其特征在于，按照重量份的原料包括：水泥15～25份、经微波‑超声波联合改性处理的生态纳米颗粒30～50份、秸秆纤维15～25份、聚烷基芳香基磺酸盐系分散剂2～4份、聚羧酸类减水剂4～8份和有机硅消泡粉2～4份；所述生态纳米颗粒，按照重量份的纳米级组分为：椰壳活性炭颗粒1～3份、城市垃圾焚烧灰渣颗粒4～6份和废旧轮胎橡胶颗粒2～4份。
【技术特征摘要】
1.一种改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料，其特征在于，按照重量份的原料包括：水泥15～25份、经微波-超声波联合改性处理的生态纳米颗粒30～50份、秸秆纤维15～25份、聚烷基芳香基磺酸盐系分散剂2～4份、聚羧酸类减水剂4～8份和有机硅消泡粉2～4份；所述生态纳米颗粒，按照重量份的纳米级组分为：椰壳活性炭颗粒1～3份、城市垃圾焚烧灰渣颗粒4～6份和废旧轮胎橡胶颗粒2～4份。2.根据权利要求1所述的改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料，其特征在于，所述改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料，按照重量份的原料包括：水泥20份、经微波-超声波联合改性处理的生态纳米颗粒40份、秸秆纤维20份、聚烷基芳香基磺酸盐系分散剂3份、聚羧酸类减水剂6份和有机硅消泡粉3份；所述生态纳米颗粒，按照重量份的纳米级组分为：椰壳活性炭颗粒2份、城市垃圾焚烧灰渣颗粒5份和废旧轮胎橡胶颗粒3份。3.根据权利要求1或2所述的改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥采用强度等级为52.5～62.5的硅酸盐水泥。4.根据权利要求3所述的改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料，其特征在于，所述秸秆纤维由废弃农作物秸秆制成，其直径为0.1～0.3mm，长度为10～15mm。5.根据权利要求4所述的改性生态纳米颗粒增强水泥基复合材料，其特征在于，所述椰壳活性炭颗粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨蕊，原胜利，白翔宇，李伟，
申请(专利权)人：新乡学院，
类型：发明
国别省市：河南;41
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