一种基于二氧化硅基无机复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二氧化硅基无机复合材料的制备方法，将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿物质掺合料、玻璃粉混合并搅拌均匀，制得干料混合物；将四分之一水加入二氧化硅气凝胶中，得到气凝胶水溶液；将四分之一水与减水剂混合，得到减水剂溶液；将剩余的二分之一水与干料混合物混合并搅拌均匀，得到水泥砂浆；将气凝胶水溶液与水泥砂浆混合，搅拌至混合均匀，再加入减水剂溶液搅拌至混合均匀，最后加入长钢纤维和短钢纤维。本发明专利技术采用上述结构的一种基于二氧化硅基无机复合材料的制备方法，解决了现有技术中二氧化硅基无机复合材料强度低、韧性差的问题。韧性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二氧化硅基无机复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及无机复合材料制备方法
，特别是涉及一种基于二氧化硅基无机复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]复合材料是一种混合物，在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、金属与非金属复合材料、非金属与非金属复合材料。复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育、医疗、建筑等领域。
[0003]低碳钢具有235～345MPa弹性极限强度和高塑形与韧性等特点，在钢结构工程中得到广泛的应用和发展。但是钢材在潮湿环境，尤其是处于腐蚀性介质中容易锈蚀，严重影响其使用的耐久性。而且钢结构耐火性能较差，随着温度的升高，强度下降，250℃以内强度变化很小，在300℃以后，强度逐渐下降，达到450～650℃时强度下降为零。因此，需要寻找一种新型材料，既具有低碳钢结构的高强度与高韧性，又具有低碳钢结构不具备的耐蚀性和耐火性。
[0004]二氧化硅基无机复合材料具有高耐久性、耐蚀性、耐火性等特点，但是现有的二氧化硅基无机复合材料大都是采用自然养护或者干热养护，这导致其内部矿物掺料的活性未能得到充分的发挥，抗压强度较低，各项性能指标均未能达到低碳钢的水平。因此，亟需提供一种具有高强度，高冲击韧性，又具有良好的耐久性的二氧化硅基无机复合材料来代替低碳钢。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于二氧化硅基无机复合材料的制备方法，解决了现有技术中二氧化硅基无机复合材料强度低、韧性差的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于二氧化硅基无机复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)按比例称取硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、二氧化硅气凝胶、矿物质掺合料、减水剂、玻璃粉、长钢纤维和短钢纤维与水；
[0008](2)将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿物质掺合料、玻璃粉混合并搅拌均匀，制得干料混合物；
[0009](3)将四分之一水加入二氧化硅气凝胶中，搅拌至均一状态，得到气凝胶水溶液；将四分之一水与减水剂混合，搅拌均匀得到减水剂溶液；
[0010](4)将剩余的二分之一水与干料混合物混合并搅拌均匀，得到水泥砂浆；
[0011](5)将气凝胶水溶液与水泥砂浆混合，搅拌至混合均匀，再加入减水剂溶液搅拌至混合均匀，最后加入长钢纤维和短钢纤维，搅拌混合均匀得到砂浆；
[0012](6)将砂浆放入模具中，振动成型，3～6min，覆盖保鲜膜，置于20
±
2℃养护环境中
静置，24h以后脱模；脱模试样置于50～90℃水中，进行水浴养护1～3天；
[0013](7)将水浴养护后的试样置于200
±
2℃饱和蒸气压下养护12～24h，自然冷却至室温，得到基于二氧化硅基无机复合材料。
[0014]优选的，各原料按重量份数计为：硅酸盐水泥100
‑
150份、硫铝酸盐水泥30
‑
60份、二氧化硅气凝胶0.5
‑
4.5份、矿物质掺合料90～110份、减水剂2～4份、玻璃粉22～24份、长钢纤维和短钢纤维10
‑
30份、水5
‑
50份。
[0015]优选的，硅酸盐水泥为42.5硅酸盐水泥，硫铝酸盐水泥为42.5快硬性硫铝酸盐水泥，硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的混合质量比为3:1。
[0016]优选的，矿物质掺合料的粒径范围为16目～100目，矿物质掺合料为质量比为1:1:1的粉煤灰、矿渣粉、硅灰的混合物。
[0017]优选的，硅灰为无定形结晶状颗粒，二氧化硅含量为90wt％～95wt％。
[0018]优选的，粉煤灰为I级灰D50<8μm，比表面积>0.70m2/g，二氧化硅含量为40wt％～60wt％。
[0019]优选的，短钢纤维的直径为10
‑
15μm，长度为100
‑
500μm；长钢纤维的抗拉强度大于2000MPa，直径为0.1
‑
0.15mm，长度为6
‑
10mm。
[0020]优选的，减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
[0021]优选的，玻璃粉的粒径为0.2
‑
0.5mm。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023](1)以普通硅酸盐水泥中掺入快硬性硫铝酸盐水泥的复合体系为主要胶凝材料，并配合添加长短钢纤维、矿物掺合料、二氧化硅气凝胶、玻璃粉、各种外加剂材料以实现无机复合材料的高流动性、快硬、早强和高强的性能。
[0024](2)二氧化硅气凝胶进一步的使无机材料达到了较为优异的强度，并且通过玻璃粉与二氧化硅气凝胶配合使用，可以减少二氧化硅气凝胶的使用量，玻璃粉是收集的废弃玻璃破碎筛选出来的，增加了我国废弃玻璃的再利用手段，采用废弃玻璃可以降低成本。
[0025](3)利用长短钢纤维复合增韧效应，提升该无机复合材料的力学性能。短钢纤维既可阻滞基体内部微裂纹发生和发展又可以充当超强骨料的作用，提升无机复合材料的弹性模量；长钢纤维具有锚固作用，约束基体的开裂，提升无机复合材料的韧性和结构延性。
[0026]下面通过实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
[0027]下面结合实施例，对本专利技术进一步描述。
[0028]制备矿物质掺合料，将质量比为1:1:1的粉煤灰、矿渣粉、硅灰混合搅拌均匀，即得矿物质掺合料，矿物质掺合料的粒径为30目～60目。
[0029]实施例1
[0030]一种基于二氧化硅基无机复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031](1)按重量比例称取硅酸盐水泥90、硫铝酸盐水泥30份、二氧化硅气凝胶0.5份、矿物质掺合料90份、聚羧酸系高效减水剂2份、玻璃粉22份、长钢纤维7份和短钢纤维3份与水40份；短钢纤维的直径为10μm，长度为100μm；长钢纤维的直径为0.1mm，长度为6mm。
[0032](2)将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿物质掺合料、玻璃粉混合并搅拌均匀，制得干
料混合物。
[0033](3)将四分之一水加入二氧化硅气凝胶中，搅拌至均一状态，得到气凝胶水溶液；将四分之一水与聚羧酸系高效减水剂混合，搅拌均匀得到减水剂溶液。
[0034](4)将剩余的二分之一水与干料混合物混合并搅拌均匀，得到水泥砂浆。
[0035](5)将气凝胶水溶液与水泥砂浆混合，搅拌至混合均匀，再加入减水剂溶液搅拌至混合均匀，最后加入长钢纤维和短钢纤维，搅拌混合均匀得到砂浆。
[0036](6)将砂浆放入模具中，振动成型，3min，覆盖保鲜膜，置于20℃养护环境中静置，24h以后脱模；脱模试样置于50℃水中，进行水浴养护3天。
[0037](7)将水浴养护后的试样置于2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化硅基无机复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按比例称取硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、二氧化硅气凝胶、矿物质掺合料、减水剂、玻璃粉、长钢纤维和短钢纤维与水；(2)将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿物质掺合料、玻璃粉混合并搅拌均匀，制得干料混合物；(3)将四分之一水加入二氧化硅气凝胶中，搅拌至均一状态，得到气凝胶水溶液；将四分之一水与减水剂混合，搅拌均匀得到减水剂溶液；(4)将剩余的二分之一水与干料混合物混合并搅拌均匀，得到水泥砂浆；(5)将气凝胶水溶液与水泥砂浆混合，搅拌至混合均匀，再加入减水剂溶液搅拌至混合均匀，最后加入长钢纤维和短钢纤维，搅拌混合均匀得到砂浆；(6)将砂浆放入模具中，振动成型，3～6min，覆盖保鲜膜，置于20
±
2℃养护环境中静置，24h以后脱模；脱模试样置于50～90℃水中，进行水浴养护1～3天；(7)将水浴养护后的试样置于200
±
2℃饱和蒸气压下养护12～24h，自然冷却至室温，得到基于二氧化硅基无机复合材料。2.根据权利要求1所述的一种基于二氧化硅基无机复合材料的制备方法，其特征在于：各原料按重量份数计为：硅酸盐水泥100
‑
150份、硫铝酸盐水泥30
‑
60份、二氧化硅气凝胶0.5
‑
4.5份、矿物质掺合料90～110份、减水剂2～4份、玻璃粉22～24份、长钢纤维和短钢纤维10
‑
30份、水5
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：康昆勇，邓书端，朱刚，董春雷，夏炎，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：