一种PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于建筑材料技术领域，具体地说是一种PVA‑ECC高韧性纤维水泥基复合材料及其制备方法。其各组成成分及其重量份数比为：525白水泥25~35份、石英砂40~60份、钛白粉18~20份、松脂岩玻化微珠1~10份、PVA纤维素0.5~2份、离子液体6~8份、农作物秸秆粉10~12份、粘土3~6份、硅藻土3~5份、马来酸酐3~5份、晶须1~3份、硅烷偶联剂3~6份、纤维素醚0.5~2份、可再分散乳胶粉0.3~2份、高效减水剂0.1~3份、无机颜料0.5~2份、水90~100份。制备方法为以马来酸酐、粘土、硅藻土、PVA纤维素为原料制备PVA纤维/粘土/硅藻土纳米复合材料，再与其他原料混合搅拌。

PVA-ECC high toughness fiber cement based composite material and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of building materials, in particular to a PVA_ECC high toughness fiber cement-based composite material and a preparation method thereof. The compositions and their weight ratios are: 525 white cement 25-35, quartz sand 40-60, titanium dioxide 18-20, turpentine vitrified beads 1-10, PVA cellulose 0.5-2, ionic liquids 6-8, crop straw powder 10-12, clay 3-6, diatomite 3-5, maleic anhydride 3-5, whisker 1-3, silane coupling agent 3-6. 5-2 parts cellulose ether, 0.3-2 parts redispersible emulsion powder, 0.1-3 parts superplasticizer, 0.5-2 parts inorganic pigment and 90-100 parts water. The preparation method is to prepare PVA fiber/clay/diatomite nanocomposites with maleic anhydride, clay, diatomite and PVA cellulose as raw materials, and mix them with other raw materials.

【技术实现步骤摘要】
一种PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料及其制备方法
本专利技术属于建筑材料
，具体地说是一种PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着混凝土结构领域的发展，规模的扩大以及结构工程向更高、更大的方面发展，对混凝土结构的性能要求也越来越高。为适应发展的需求，势必要对混凝土的结构材料加以改善，从而提高其性能指标。聚乙烯醇纤维(PVA)又称维纶纤维，主要特点是强度高、模量高、耐磨、抗酸碱性好、耐候性好，它能够与水泥基材粘结强度高，能够提高混凝土早期阻裂性能，还能够大幅度提高混凝土的变性能力。聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA-ECC）是以水泥、填料或者粒径不大于5mm的细集料作为基体，掺入一定比例的PVA纤维制得的水泥基复合材料，具有良好延性及微裂缝宽度控制能力，能够解决混凝土脆性破坏的缺点，还具有优异的拉伸变形、抗压及耐久性能，可应用于桥面、隧道修复，大坝、污水管线的维护，能够有效改善结构的耗能性和裂缝控制能力，大大提高结构的安全性。近年来，国内外研究学者对PVA-EVV纤维水泥复合材料进行了试验研究，主要对PVA-EVV纤维水泥复合材料的组分、材料结构性能、施工工艺等方面进行了研究，也取得了一定的研究成功。徐世烺等对纤维水泥复合材料的拉伸、弯曲性能等进行研究。中国专利申请号：201610237176.8，专利名称：一种PVA纤维增强水泥基复合材料。该专利技术公开的一种PVA纤维增强水泥基复合材料，其由以下重量份数的组分组成：水泥11.8-26.8份，粉煤灰32.2-47.2份，河砂20.8-21.5份，减水剂0.53-0.54份，消泡剂0.03份，增稠剂0.03份，纤维1.24-1.25份，水17.7-17.9份。该专利技术通过大掺量粉煤灰替代PVA纤维增强水泥基复合材料中的水泥来降低复合材料的成本，提高材料的绿色性能。中国专利申请号：201710511062.2，专利名称：一种高韧性水泥基复合材料。该专利专利技术的高韧性水泥基复合材料的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维，按质量比计，水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂=1：（1.0~1.2）：（0.6~0.8）：（0.42~0.57）：（0.001~0.003）；以水泥、粉煤灰、砂和减水剂混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的掺量为13~20kg/m3。该专利技术的高韧性水泥基复合材料只是将原材料进行简单的搅拌混合，依然会存在粘结性差，韧性较低等问题。中国专利申请号：201710403893.8，专利名称：一种超高韧性水泥基复合材料及其制备方法。该专利技术专利由以下重量份数计的原料组成：175~225份水泥、440~490份粉煤灰、175~225份砂、175~225份水、5.5~6.5份减水剂、0~2.2份增稠剂、12~16份PVA纤维，其制备方法即首先将水泥、粉煤灰、砂和增稠剂搅拌混匀；然后加入水和减水剂继续搅拌混匀，最后加入PVA纤维，继续搅拌直至PVA纤维分散均匀，即得到超高韧性水泥基复合材料，其抗拉强度达3MPa~4.5MPa、拉伸应变达2.5%~4.5%。该专利技术利用PVA纤维和增稠剂甲基纤维素醚以及组分之间的协同作用来增强该水泥基复合材料的抗拉强度和拉伸应变能力。
技术实现思路
本专利技术提供一种PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料及其制备方法，该纤维水泥基复合材料组分之间相容性性高，韧性和强度高，收缩变形性小，耐久性能高，施工方便，应用范围广。本专利技术的方案是通过这样实现的：一种PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料，该PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料各组成成分及其重量份数比为：525白水泥25~35份、石英砂40~60份、钛白粉18~20份、松脂岩玻化微珠1~10份、PVA纤维素0.5~2份、离子液体6~8份、农作物秸秆粉10~12份、粘土3~6份、硅藻土3~5份、马来酸酐3~5份、晶须1~3份、硅烷偶联剂3~6份、纤维素醚0.5~2份、可再分散乳胶粉0.3~2份、高效减水剂0.1~3份、无机颜料0.5~2份、水90~100份。作为本专利技术的进一步改进，所述的晶须为氢氧化镁晶须、碳化硅晶须、碳酸钙晶须按照1:1:1的重量比混合。作为本专利技术的进一步改进，所述的农作物秸秆粉中的农作物秸秆为稻草、甘蔗、玉米、小麦中的一种或两种以上的组合。作为本专利技术的进一步改进，所述的高效减水剂为萘系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂中的一种或两种的组合。作为本专利技术的进一步改进，所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中的一种或两种的组合。一种制备PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料的方法，包括以下制备步骤：(1)取农作物秸秆晒干后进行粉碎，将粉碎后的农作物秸秆放置于炭化炉装置中进行炭化，设置炭化温度为300~350℃，炭化时间为80~90min，最后将炭化后的农作物秸秆粉碎成100~150目即得到农作物秸秆粉；(2)改性粘土/硅藻土复合材料的制备：取马来酸酐3~5份放入反应釜中，加入30~50份去离子水配制成泥浆液，在温度为60℃下搅拌分散30min，设置反应釜转速为450~500r/min，然后将粘土3~6份、硅藻土3~5份加入到已分散的泥浆液中，保持温度和转速不变，搅拌分散3~4h，然后将温度降至为室温，静置，抽滤，50~55℃下干燥2~3h，然后研磨，过筛得到改性粘土/硅藻土复合材料；(3)PVA纤维/粘土/硅藻土纳米复合材料的制备：将改性粘土/硅藻土复合材料分散于去离子水中形成悬浮液，保持悬浮液温度为90~95℃，取PVA纤维素0.5~2份缓慢加入悬浮液中搅拌反应2~3h得到混合液，设置搅拌速度为100~120r/min，然后将温度降至50~60℃干燥至含水量为15~20%，再进行研磨，过筛得到PVA纤维/粘土/硅藻土纳米复合材料，PVA纤维/粘土/硅藻土纳米复合材料粒径大小为20~40目；(4)取525白水泥25~35份、石英砂40~60份、钛白粉18~20份、农作物秸秆粉10~12份、晶须1~3份干拌混合2~3min，设置干拌转速为100~120r/min，然后加入PVA纤维/粘土/硅藻土纳米复合材料、松脂岩玻化微珠1~10份、离子液体6~8份、硅烷偶联剂3~6份、纤维素醚0.5~2份、可再分散乳胶粉0.3~2份进行搅拌，设置搅拌转速为500~600r/min，搅拌时间为12~15min使其混合均匀，最后加入高效减水剂0.1~3份、无机颜料0.5~2份、水90~100份，在搅拌速度为150~200r/min下搅拌18~20min即得到PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料。本专利技术实现的技术原理是：本专利技术将农作物秸秆加工成炭粉后加入纤维水泥基复合材料，能够促进纤维水泥复合材料的的流动性，提高纤维水泥基复合材料的密实性，同时还能够实现废弃物资源的再利用，有效提高环境保护。采用马来酸酐对粘土和硅藻土进行改性，能够提高粘土和硅藻土与PVA纤维素的相容性，再将PVA纤维素与粘土、硅藻土制备成纳米复合材料，使粘土、硅藻土与PVA纤维素相互交联，形成均匀细致的分散，PVA纤维素能够有效改善复合材料的柔韧性，粘土和硅藻土能够有效吸收部分抗冲击能量，加入的晶须能够通过桥接作用穿插于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PVA‑ECC高韧性纤维水泥基复合材料，其特征是，所述的PVA‑ECC高韧性纤维水泥基复合材料各组成成分及其重量份数比为：525白水泥25~35份、石英砂40~60份、钛白粉18~20份、松脂岩玻化微珠1~10份、PVA纤维素0.5~2份、离子液体6~8份、农作物秸秆粉10~12份、粘土3~6份、硅藻土3~5份、马来酸酐3~5份、晶须1~3份、硅烷偶联剂3~6份、纤维素醚0.5~2份、可再分散乳胶粉0.3~2份、高效减水剂0.1~3份、无机颜料0.5~2份、水90~100份；所述的晶须为氢氧化镁晶须、碳化硅晶须、碳酸钙晶须按照1:1:1的重量比混合。

【技术特征摘要】
1.一种PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料，其特征是，所述的PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料各组成成分及其重量份数比为：525白水泥25~35份、石英砂40~60份、钛白粉18~20份、松脂岩玻化微珠1~10份、PVA纤维素0.5~2份、离子液体6~8份、农作物秸秆粉10~12份、粘土3~6份、硅藻土3~5份、马来酸酐3~5份、晶须1~3份、硅烷偶联剂3~6份、纤维素醚0.5~2份、可再分散乳胶粉0.3~2份、高效减水剂0.1~3份、无机颜料0.5~2份、水90~100份；所述的晶须为氢氧化镁晶须、碳化硅晶须、碳酸钙晶须按照1:1:1的重量比混合。2.根据权利要求1所述的一种PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料，其特征是，所述的农作物秸秆粉中的农作物秸秆为稻草、甘蔗、玉米、小麦中的一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的一种PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料，其特征是，所述的高效减水剂为萘系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂中的一种或两种的组合。4.根据权利要求1所述的一种PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料，其特征是，所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中的一种或两种的组合。5.一种制备如权利要求1所述的一种PVA-ECC高韧性纤维水泥基复合材料的方法，其特征是，包括以下制备步骤：步骤1)取农作物秸秆晒干后进行粉碎，将粉碎后的农作物秸秆放置于炭化炉装置中进行炭化，设置炭化温度为300~350℃，炭化时间为80~90min，最后将炭化后的农作物秸秆粉碎成100~150目即得到农作物秸秆粉；步骤2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴远怀，
申请(专利权)人：吴远怀，
类型：发明
国别省市：广西,45