一种早强型超高延性地聚物混凝土材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种早强型超高延性地聚物混凝土材料，包括如下重量份数的组分：碱激发剂345~370份、水85~95份、微硅粉150~300份、粉煤灰120~170份、矿渣粉510~700份、河砂880~910份、碳酸钙晶须15~35份、纳米碳酸钙10~20份、聚乙烯短切纤维15~25份、消泡剂0.1~0.2份、氨基硅烷0.15~0.25份。本发明专利技术构建聚乙烯纤维、碳酸钙晶须、微纳米碳酸钙组成的多尺度增强体系，提高了混凝土抗压强度和延性；通过调整矿渣粉、粉煤灰和微硅粉的比例实现早强特性；同时引入氨基硅烷改善了碳酸钙晶须、微纳米碳酸钙和微硅粉的分散性，使地聚物混凝土达到了早强和超高延性。和超高延性。

【技术实现步骤摘要】
一种早强型超高延性地聚物混凝土材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于建筑材料
，涉及到一种早强型超高延性地聚物混凝土材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]地聚物是采用化学激发剂与天然矿物或粉煤灰、矿渣、赤泥、钢渣等固体废弃物经聚合反应得到的无定型态硅铝网状结构无机聚合物。地聚物生产的碳排放和能耗，分别为传统水泥的1/15~1/10和1/6～1/4，能大规模消纳固体废弃物，环保、节能优势突出。不同原材料的地聚物在反应机理、微观结构和宏观性能方面存在差异，但普遍具有很好的耐久性，特别是耐硫酸盐和耐酸侵蚀性能，远优于硅酸盐水泥基材料。
[0003]早强快硬是工程结构抢修的快速修补材料需要具备的关键性能，此外快速修补材料还应具有高效施工、强界面粘结、低收缩、高韧性等特性。目前常用的快速修补材料中，快硬硅酸盐水泥存在干缩大、界面粘结差的缺点；铝酸盐水泥后期强度倒缩严重；超高延性混凝土具有优异的变形性能和耐久性，适宜作为工程结构修补材料，但目前超高延性混凝土的抗压强度大多在60MPa以下，难以满足有高强度要求的工程。
[0004]公开号为 CN 108911648中国专利技术专利公开了一种可喷射早强型超高韧性砂浆混凝土体系及其制备方法，该技术提出由铝酸盐水泥、早强剂、调凝剂、触变剂、减水剂、消泡剂与特种纤维等材料制备的早强型超高韧性砂浆混凝土。一定程度实现了早强高韧，但大量使用各类外加剂，增加了施工工序，工艺复杂，不利于工程应用，且大掺量使用硅酸盐水泥，能耗高、环保性差，长龄期强度存在倒缩的问题。
[0005]公开号为CN 106517934中国专利技术专利公开了一种掺碱激发剂早强超高性能混凝土及其制备方法，该专利技术专利提出加入碱激发剂提升混凝土的早期强度，其掺入一定量钢纤维与聚丙烯纤维，延性有所改善，但远未达到高延性的要求。该专利中水泥用量仍占63.7%，环保、节能作用有限；此混凝土需采用60~90℃高温养护48~72小时，只能作用预制构件，对于工程抢修不适用。
[0006]所以，在具备高抗压强度的基础上实现早期快硬和超高延性已成为工程结构抢修领域亟待解决的关键问题。

技术实现思路

[0007]为了解决现有碱激发超高性能混凝土延性不足、环保、节能效果不佳、早期强度低、需高温养护等问题，本专利技术的目的在于开发一种具有早强、高强度、强界面粘结、无需高温养护的地聚物混凝土材料。
[0008]实现上述专利技术目的所采用的技术方案如下：一种早强型超高延性地聚物混凝土材料，该地聚物混凝土材料包括如下重量份数的组分：碱激发剂345~370份、水85~95份、微硅粉150~300份、粉煤灰120~170份、矿渣粉510~700份、河砂880~910份、碳酸钙晶须15~35份、纳米碳酸钙 10~20份、聚乙烯短切纤维15~25份、消泡剂0.1~0.2份、氨基硅烷 0.15~0.25
份。
[0009]优先的，该地聚物混凝土包括如下重量份数的组分：碱激发剂350~360份、水87~93份、微硅粉170~280份、粉煤灰130~160份、矿渣粉550~670份、河砂885~905份、碳酸钙晶须20~30份、纳米碳酸钙 12~18份、聚乙烯短切纤维18~22份、消泡剂0.1~0.2份、氨基硅烷 0.15~0.25份。
[0010]更优先的，该地聚物混凝土包括如下重量份数的组分：碱激发剂355份、水90份、微硅粉225份、粉煤灰150份、矿渣粉605份、河砂895份、碳酸钙晶须25份、纳米碳酸钙 15份、聚乙烯短切纤维20份、消泡剂0.15份、氨基硅烷 0.20份。
[0011]本专利技术的进一步改进在于，所述碱激发剂为模数为1.42~1.8的水玻璃溶液中的溶质，氧化钠质量百分比为6.8%~7.5%。
[0012]本专利技术的进一步改进在于，所述模数为1.42~1.8的水玻璃溶液是通过将模数2.5以上的水玻璃溶液和氢氧化钠复配而成，氢氧化钠固体的纯度应不低于95%。
[0013]本专利技术的进一步改进在于，按质量百分比计，微硅粉不应高于32%、粉煤灰不应高于32%、矿渣粉不应低于49%。
[0014]本专利技术的进一步改进在于，所用河砂为级配良好的硅质砂，最大粒径不超过2.5mm。
[0015]本专利技术的进一步改进在于，所述的碳酸钙晶须为方解石型碳酸钙晶须，纯度不低于95%，形状为针棒状，长度20~30μm，直径0.5~2μm，长径比15~60。
[0016]本专利技术的进一步改进在于，所述的纳米碳酸钙为方解石型纳米碳酸钙，纯度不低于95%，形状为立方体状，粒径10~35nm。
[0017]本专利技术的进一步改进在于，所述聚乙烯短切纤维为超高分子量聚乙烯短切纤维，包括两种类型，纤维分别为长度10~30mm和5~15mm，直径均为0.2~0.55mm，且二者的质量比为2:1。
[0018]本专利技术的进一步改进在于，所述氨基硅烷为3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷。
[0019]本专利技术还有一个目的在于提供一种早强型超高延性地聚物混凝土材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：（1）按前述配比准确称量各组分；（2）将质量百分比为15%的水与微硅粉、碳酸钙晶须、纳米碳酸钙和氨基硅烷混合分散，得到悬浮液；（3）将河砂、粉煤灰、矿渣倒入搅拌机中搅拌均匀，得到混合均匀的粉体；（4）将剩余水、制备好的碱激发溶液混合均匀倒入搅拌机，而后加入步骤（2）所得悬浮液，搅拌3min；（5）将聚乙烯纤维和消泡剂加入到砂浆浆体中，搅拌3~5min，而后装模，振捣1min；（6）24h后拆模，室温下保湿养护不少于72h，得到早强型超高强度超高延性地聚物混凝土。
[0020]进一步的，步骤（2）中应先将氨基硅烷溶于水中，搅拌2min，而后加入微硅粉、碳酸钙晶须、纳米碳酸钙，采用超声分散，超声频率为20~25kHz，超声时间不低于12min。
[0021]进一步的，步骤（4）中的碱激发溶液由水玻璃和氢氧化钠混合制得，应在执行步骤（4）的24h之前制备完成
进一步的，所述搅拌机优选为有机盖的强制式混凝土搅拌机。
[0022]本专利技术还有一个目的在于提供一种早强型超高延性地聚物混凝土材料在建筑领域的应用。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的主要改进和有益作用包括：1、现有技术通常部分使用碱激发材料代替水泥，本专利技术以碱激发矿物材料完全替代硅酸盐水泥或铝酸盐水泥，可以减少水泥生产的巨大能耗和碳排放，同时可以大批量消纳粉煤灰等固体废弃物，进一步提高了本产品的环保性；2、本专利技术由于合理调整微硅粉、粉煤灰、矿渣粉三者的比例，使得地聚物混凝土具有较高的早期强度和28d强度，且无需高温养护即可凝结硬化，可以用于工程抢修；3、本专利技术采用天然河砂替代了现有超高性能混凝土中常用的石英砂，进一步降低了制备难度和生产成本；4、本专利技术采用两种尺寸的聚乙烯纤维、微米尺度的碳酸钙晶须和纳米尺度的纳米碳酸钙对地聚物混凝土进行多尺度增强，可以达到更好的提高强度和延性的效果；5、本专利技术采用氨基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种早强型超高延性地聚物混凝土材料，其特征在于，该地聚物混凝土材料包括如下重量份数的组分：碱激发剂345~370份、水85~95份、微硅粉150~300份、粉煤灰120~170份、矿渣粉510~700份、河砂880~910份、碳酸钙晶须15~35份、纳米碳酸钙 10~20份、聚乙烯短切纤维15~25份、消泡剂0.1~0.2份、氨基硅烷 0.15~0.25份。2.根据权利要求1所述的一种早强型超高延性地聚物混凝土材料，其特征在于，该地聚物混凝土包括如下重量份数的组分：碱激发剂350~360份、水87~93份、微硅粉170~280份、粉煤灰130~160份、矿渣粉550~670份、河砂885~905份、碳酸钙晶须20~30份、纳米碳酸钙 12~18份、聚乙烯短切纤维18~22份、消泡剂0.1~0.2份、氨基硅烷 0.15~0.25份。3.根据权利要求1所述的一种早强型超高延性地聚物混凝土材料，其特征在于，该地聚物混凝土包括如下重量份数的组分：碱激发剂355份、水90份、微硅粉225份、粉煤灰150份、矿渣粉605份、河砂895份、碳酸钙晶须25份、纳米碳酸钙 15份、聚乙烯短切纤维20份、消泡剂0.15份、氨基硅烷 0.20份。4.根据权利要求1所述的一种早强型超高延性地聚物混凝土材料，其特征在于，所述河砂为级配良好的硅质砂，最大粒径不超过2.5mm。5.根据权利要求1所述的一种早强型超高延性地聚物混凝土材料，其特征在于，所述的碳酸钙晶须为方解石型碳酸钙晶须，纯度不低于95%，形状为针棒状，长度20~...

【专利技术属性】
技术研发人员：李黎，孟子祥，李宗利，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：