一种低碳超高性能工程地聚物复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种低碳超高性能工程地聚物复合材料及其制备方法与应用，属于建筑材料技术领域，其所使用的激发剂以NaOH

【技术实现步骤摘要】
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于建筑材料
，尤其涉及一种低碳超高性能工程地聚物复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着社会发展理念的进步，工程结构设计对于轻量化、使用寿命和空间利用率等方面提出了更高的要求，因此对于建筑材料机械性能和耐久性能的要求也不断提高。为适应社会需求，一些典型的高性能混凝土材料被提出：超高抗压强度(≥120MPa)、高耐久性、高韧性的超高性能混凝土(UHPC)和具有优秀变形能力和裂缝控制能力的工程水泥基复合材料(ECC)。然而，UHPC和ECC等高性能混凝土材料的生产需要消耗大量的水泥。目前水泥工业被视为主要碳排放来源之一，每生产1吨水泥就会产生0.81吨的CO2，因此，亟需提高目前高性能混凝土材料的可持续性。
[0003]地聚物被认为是一种可持续性的新型凝胶，使用其生产的地聚物混凝土(GPC)碳排放量仅为水泥混凝土的9
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80％。目前也出现了一些关于使用地聚物制备高性能混凝土的研究，提出了力学性能和UHPC/ECC接近的超高性能地聚物混凝土(UHPGC)/工程地聚物基复合材料(EGC)。但尽管地聚物混凝土被认为是水泥混凝土的可持续性替代品，其高性能化所造成的碳排放量的大幅提高不容忽视。
[0004]现有技术中，高性能地聚物混凝土中一般使用激发效率较高的NaOH
‑
Na2SiO3激发剂，但NaOH
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Na2SiO3激发剂产生的碳排放占地聚物混凝土总碳排放的80％以上，所以地聚物混凝土的可持续性还存在巨大的提升空间。此外，虽然UHPGC具有超高力学性能，但也存在变形和裂缝控制能力不足的缺点，在带裂缝工作时内部钢纤维容易受到腐蚀介质的侵蚀而削弱力学性能。同样地，EGC虽然具有优秀的变形能力和裂缝控制能力，能够有效提高工程结构的耐久性和抗震性能，但其抗压性能相对较差。并且，高性能地聚物混凝土通常具有较低的水胶比，这使得体系内碱度较高，且为获得更好的力学性能通常会使用大量矿渣，进而所得高性能地聚物混凝土的凝结时间相对较短，容易发生闪凝，这对其工程应用造成了阻碍。
[0005]因此，如何将碳排放更低的碱性激发剂用于生产地聚物混凝土，以及如何生产出兼具超高抗压强度、超高拉伸延性以及较长凝结时间的高性能地聚物混凝土是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种低碳超高性能工程地聚物复合材料及其制备方法与应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0008]一种低碳超高性能工程地聚物复合材料，其所使用的激发剂以NaOH
‑
Na2SiO3激发剂为基础激发剂，以Na2CO3作为补充激发剂，混合形成低碳复合激发剂；其中，所述NaOH溶
液、Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液的质量比为(74.6～111.5)：(0～119.1)：(278.7～433.5)。
[0009]优选的，包括以下重量份数的原料：
[0010]胶凝材料粉末1163份、细骨料407.1份、外加剂18.6份、纳米碳酸钙23.3份、增强纤维19.4份、激发剂475.9
‑
932.2份和水49.7
‑
81.6份。
[0011]其中，所述激发剂中等效的Na2O质量与胶凝材料粉末质量比为7％；
[0012]所述等效的Na2O质量为激发剂中各化学组分按钠元素质量分数等价换算成Na2O质量。
[0013]所述激发剂中的溶剂与水的总质量和所述胶凝材料粉末的质量比为0.3。
[0014]优选的，所述胶凝材料粉末包括以下重量份数的原料：矿渣821.1份、粉煤灰248.9份、硅灰93.0份。
[0015]优选的，所述外加剂包括以下重量份数的原料：氯化钡11.6份、消泡剂1.2份、减水剂5.8份；
[0016]所述减水剂为木质素磺酸钠。
[0017]优选的，所述细骨料为石英砂，包括细砂和中砂；
[0018]其中，所述细砂和中砂分别为346.0份和61.1份；
[0019]所述细砂粒径为40
‑
200μm，所述中砂粒径为200
‑
700μm；
[0020]所述纳米碳酸钙粒径为10
‑
100nm；
[0021]所述增强纤维为超高分子量聚乙烯纤维，是分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。
[0022]优选的，所述激发剂的制备方法包括以下步骤：
[0023]将NaOH溶液与Na2SiO3溶液混合，调节溶液模数后，再加入Na2CO3溶液混合均匀，得到激发剂；
[0024]其中，所述NaOH溶液浓度为14mol/L；
[0025]所述Na2SiO3溶液购买于嘉善县优瑞耐火材料有限公司，型号SP50；
[0026]所述Na2SiO3溶液中Na2O、SiO2、H2O的质量比为29.99：13.75：56.26，硅酸钠的溶液模数为2.25；
[0027]所述Na2SiO3溶液质量百分浓度为43.74％；
[0028]所述Na2CO3溶液质量浓度为25％；
[0029]所述溶液模数为1.35
‑
1.65。
[0030]一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031](1)将胶凝材料粉末、氯化钡和消泡剂混合均匀后，依次加入石英砂、激发剂、减水剂以及纳米碳酸钙、PE纤维并搅拌均匀，得到浆料；
[0032](2)将所得浆料浇筑成型并进行养护，得到所述低碳超高性能工程地聚物复合材料。
[0033]优选的，步骤(1)具体包括以下步骤：
[0034]将胶凝材料粉末、氯化钡和消泡剂加入搅拌器，以75r/min的搅拌速率干拌3min，然后将石英砂加入搅拌器再以75r/min的低速干拌3min，再将激发剂与水混合后加入搅拌器中以75r/min低速搅拌1min，然后停机加入减水剂和纳米碳酸钙继续以165r/min的搅拌速率搅拌2min，随后换成75r/min的低速并在3min内加入全部PE纤维，最后以75r/min低速
搅拌2min使纤维均匀分散。
[0035]有益效果：本专利技术中不同材料的加入顺序对新鲜UHP
‑
EGC流动性以及硬化后UHP
‑
EGC力学性能有重要影响，其中纳米碳酸钙的加入步骤尤为重要，加入节点的前后移动都不能达到本专利技术所需的要求。
[0036]优选的，步骤(2)中所述养护包括以下步骤：
[0037]将浇筑成型后的试件盖上保水膜后室温养护1d，然后脱模并于室温条件下进行泡水养护28d。
[0038]一种低碳超高性能工程地聚物复合材料在建筑材料中的应用。
[0039]优选的，所述建筑材料为建筑结构加固材料或建筑结构抗震材料。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低碳超高性能工程地聚物复合材料，其特征在于，其所使用的激发剂以NaOH
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Na2SiO3激发剂为基础激发剂，以Na2CO3作为补充激发剂，混合形成低碳复合激发剂；其中，所述NaOH溶液、Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液的质量比为(74.6～111.5)：(0～119.1)：(278.7～433.5)。2.一种低碳超高性能工程地聚物复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：胶凝材料粉末1163份、细骨料407.1份、外加剂18.6份、纳米碳酸钙23.3份、增强纤维19.4份、激发剂475.9
‑
932.2份和水49.7
‑
81.6份。3.根据权利要求1所述的一种低碳超高性能工程地聚物复合材料，其特征在于，所述胶凝材料粉末包括以下重量份数的原料：矿渣821.1份、粉煤灰248.9份、硅灰93.0份。4.根据权利要求2所述的一种低碳超高性能工程地聚物复合材料，其特征在于，所述外加剂包括以下重量份数的原料：氯化钡11.6份、消泡剂1.2份、减水剂5.8份。5.根据权利要求2所述的一种低碳超高性能工程地聚物复合材料，其特征在于，所述细骨料为石英砂，包括细砂和中砂，其中细砂和中砂分别为346.0份和61.1份；所述细砂粒径为40
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200μm，所述中砂粒径为200
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700μm。6.根据权利要求2所述的一种低碳超高性能工程地聚物复合材料，其特征在于，所述纳米碳酸钙粒径为10
‑
100nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：林嘉祥，陈概，郭永昌，赖华铭，潘宏树，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：