一种耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料，按重量份数计，包括以下组分：粉煤灰30～40份；生石灰10～12份；磷渣1～3份；河砂10～14份；氢氧化钾4～6份；硅酸钾5～9份；水18～22份；硅丙乳液4～6份；改性废天然橡胶1～3份；改性纳米碳纤维0.4～0.6份；助熔剂0.4～0.6份。本发明专利技术还提供了一种耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料的制备方法。本发明专利技术以粉煤灰为基材，内掺改性纳米碳纤维和改性废天然橡胶，制得的碱激发胶凝材料具有抗压强度高、流动度好、抗冻融性能好等优点。本发明专利技术的碱激发胶凝材料以粉煤灰等工业废弃物为原材料，不仅可以节约能源、保护环境，充分利用固体废弃物的利用价值，而且可以降低碱激发胶凝材料的生产成本，提高耐冻融循环能力，对提高其工业价值具有重要意义。有重要意义。有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于碱激发胶凝材料
，尤其涉及一种耐冻融循环损伤碱激发胶凝材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]碱激发胶凝材料是以硅铝酸盐材料为原材料，在碱性条件下激发生成的一种由硅氧四面体和铝氧四面体构成的无定型三维网状结构无机聚合物。耐久性的好坏直接决定着碱激发胶凝材料工程应用性能的优劣，而耐久性主要依靠耐高温性能、耐海水性能和抗冻融性能等指标来衡量。
[0003]此外，根据碱激发胶凝材料后期应用环境的差异，其耐久性能又有着更高的要求。例如，在我国东北寒冷地区，抗冻融性能显得尤为重要。碱激发胶凝材料经冻融循环后会导致力学强度降低，从而造成承载力降低，严重影响建筑物的使用寿命。国内外研究学者表明，以粉煤灰为主要硅铝原材料合成的碱激发材料具有抗冻融循环差等缺点，严重限制了其在工业上的推广应用。
[0004]基于此，开发一种具有更好的抗冻融循环性能的粉煤灰基碱激发胶凝材料具有重要意义，也是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种抗压强度高、流动度好、耐冻融循环性能优异的碱激发胶凝材料。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种抗压强度高、流动度好、耐冻融循环性能优异的碱激发胶凝材料的制备方法。
[0007]本专利技术实现目的之一采用的技术方案是：提供一种耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料，按重量份数计，包括以下组分：
[0008]粉煤灰30～40份；生石灰10～12份；磷渣1～3份；河砂10～14份；氢氧化钾4～6份；硅酸钾5～9份；水18～22份；硅丙乳液4～6份；改性废天然橡胶1～3份；改性纳米碳纤维0.4～0.6份；助熔剂0.4～0.6份。
[0009]本专利技术提供的一种耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料的总体思路如下：在寒冷冰冻条件下，碱激发胶凝材料孔隙内的自由水在结冰后体积膨胀，致使未结冰的孔隙溶液从结冰区间向外移动。根据流体力学理论可知，自由水在向外迁徙的过程中会克服孔壁对其产生的阻力，进而形成静水压力，使得水泥基材料的孔壁处于受拉状态，当其拉应力超过地聚合物材料孔壁承受的极限拉应力时，基体就会发生冻融破坏。
[0010]本专利技术主要从基体本身孔隙结构的改善，来提升基体的抗冻融特性。本专利技术在原料组分中加入了一定量的改性废天然橡胶与改性纳米碳纤维。其中，改性废天然橡胶的弹性模量低，而改性纳米碳纤维的弹性模量高，两者相互配合使基体实现“刚柔并济”的效果，通过“刚”和“柔”两个不同的角度来增加基体的刚度和韧性，协调冻融过程引起的静水压力
对基体的影响。
[0011]进一步的，地聚合物材料的抗冻性能随其孔隙率的降低而提高。一方面，大毛细孔之间的连通性伴随着孔隙率的下降而降低；另一方面，孔隙率的下降导致基体变得更加密实，进而可以承受较大的应力变化，因此提高了地聚合物材料的抗冻性能。改性废天然橡胶的加入主要是从微米尺度减小基体大孔比例，同时提高基体的流动度；改性纳米碳纤维的加入主要是从纳米尺度提高基体凝胶孔含量和占比，进而提高基体密实性，使抗压强度随之提升。
[0012]此外，本专利技术还通过对原料的选型和用量进行优化调整，实现原料粒径的大小、Si/Al比、Na/Al比和H2O比进行调节，对抗冻融循环性能提升起到辅助作用。
[0013]进一步的，所述改性废天然橡胶由废弃天然橡胶经粉碎、过50～75目筛，而后经质量浓度为10～16％的KH560硅烷偶联剂的乙醇溶液浸泡、烘干制得。优选地，所述废弃天然橡胶选自烟片胶、颗粒胶、绉片胶、乳胶中的一种或多种的组合。废弃天然橡胶具有弹性好、强度高、耐久性能好等优势，通过对废弃天然橡胶进行改性处理能够去除其表面有害的有机质及残留物，进而增强改性天然废弃橡胶与基体的界面过渡区及改性天然废弃橡胶的粘结力。
[0014]进一步的，所述改性纳米碳纤维由纳米碳纤维先经酸改性，再经过氯化亚砜溶剂改性制得。
[0015]在一些较好的实施方式中，所述改性纳米碳纤维的制备方法如下：将纳米碳纤维置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，其中纳米碳纤维在混合溶液中的质量比为1/300～1/400，浓硝酸和浓硫酸的体积比为1/2～1/3；然后充分搅拌，在50～70℃下超声震荡3～4小时后静置，接着用去离子水进行稀释，离心分离，得到的沉淀再采用此方法直至所得溶液的PH值大于7，最后将所得的溶液在40～50℃，70～80Pa的真空环境中进行干燥，得到初步改性的纳米碳纤维；接着将初步改性的纳米碳纤维加入到一定量的氯化亚砜溶剂中(质量比为1:150)，滴加4～5滴N,N
‑
二甲基甲酰胺作为催化剂，接着在400～500W的功率下超声0.6～0.7小时，然后在60～80℃的条件下回流5～7小时，即得到改性的纳米碳纤维。在本专利技术中，通过对纳米碳纤维进行改性处理能够增强纳米碳纤维在溶液中的分散能力，进而增强基体的力学强度及提高基体的抗冻融特性。
[0016]进一步的，所述粉煤灰的平均粒径为300～400nm；所述生石灰由石灰在400～500℃的温度下煅烧5～6h，而后研磨、筛分获得，其粒径小于300nm。
[0017]进一步的，所述磷渣的平均粒径为60～80μm，其氮吸附测定的比表面积为2300
‑
2500m2/kg，质量系数为2.0～2.6。
[0018]进一步的，所述氢氧化钾为颗粒状，纯度大于99％；所述硅酸钾为速溶型固体粉料。
[0019]进一步的，所述硅丙乳液为硅烷偶联剂改性丙烯酸酯微乳液，其固含量为14～16％，所述硅丙乳液中聚合物平均粒径为150～200nm。
[0020]进一步的，所述河砂为中粗砂，细度模数为2.6～3.3。
[0021]进一步的，所述助熔剂为琼脂水溶胶，其固含量为70
‑
80％。在本专利技术中，助熔剂的加入能够控制各原材料相互接触的表面积大小，提高反应活性，改变基体孔隙结构并提高密实度。
[0022]本专利技术实现目的之二采用的技术方案是：提供一种基于本专利技术目的之一所述的耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023]S1、将粉煤灰、生石灰、磷渣、河砂、改性废天然橡胶和助熔剂研磨4～6h，而后倒入搅拌机中搅拌210～240s，得到第一混合料；
[0024]S2、将所述第一混合料、氢氧化钾、硅酸钾加入马弗炉内，于900～1100℃煅烧3～4h，冷却后过筛，得到第二混合料；
[0025]S3、将改性纳米碳纤维、硅丙乳液置于水中，搅拌120～240s，而后置于功率为600～700W的超声条件下超声处理0.3～0.5h，得到混合溶液；
[0026]S4、将所述混合溶液加入所述第二混合料中，搅拌180～240s，浇筑、振捣成型，常温养护至规定龄期，即得到一种耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0028](1)本专利技术提供的一种耐冻融循本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：粉煤灰30～40份；生石灰10～12份；磷渣1～3份；河砂10～14份；氢氧化钾4～6份；硅酸钾5～9份；水18～22份；硅丙乳液4～6份；改性废天然橡胶1～3份；改性纳米碳纤维0.4～0.6份；助熔剂0.4～0.6份。2.根据权利要求1所述的耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料，其特征在于，所述改性废天然橡胶由废弃天然橡胶经粉碎、过50～75目筛，而后经质量浓度为10～16％的KH560硅烷偶联剂的乙醇溶液浸泡、烘干制得；所述废弃天然橡胶选自烟片胶、颗粒胶、绉片胶、乳胶中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料，其特征在于，所述改性纳米碳纤维由纳米碳纤维先经酸改性，再经过氯化亚砜溶剂改性制得。4.根据权利要求1所述的耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰的平均粒径为300～400nm；所述生石灰由石灰在400～500℃的温度下煅烧5～6h，而后研磨、筛分获得，其粒径小于300nm。5.根据权利要求1所述的耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料，其特征在于，所述磷渣的平均粒径为60～80μm，其氮吸附测定的比表面积为2300～2500m2/kg，质量系数为2.0～2.6。6.根据权利要求1所述的耐冻融循环损伤的碱激发胶凝材料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李发平，李杉，卢亦焱，刘杰胜，蔡新华，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：