CN105800969A - 一种聚合物改性高炉矿渣粉材料 - Google Patents

一种聚合物改性高炉矿渣粉材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚合物改性高炉矿渣粉材料。其组成按重量百分比是：高炉矿渣粉16.1％‑25.9％；石英砂61.4％‑71.7％；氢氧化钠1.0％‑1.9％；硅酸钠水溶液3.3％‑4.7％；水6.0％‑7.9％；高分子聚合物0.01％‑0.075％；所述的高聚物为聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇。本发明聚合物改性高炉矿渣粉材料具有高极限抗弯强度，高弯曲韧性，低弹性模量，即变形性能得到明显改善，弥补了抗折强度较低、脆性较大的缺点，同时其也具有耐高温、耐化学腐蚀、抗渗性优良、低收缩率等优点。

Description

一种聚合物改性高炉矿渣粉材料
技术领域
本发明属于建筑材料科学领域，具体涉及一种聚合物改性高炉矿渣粉材料。
背景技术
高炉矿渣粉属于碱激发的地聚合物胶凝材料，是一种优良的“绿色环保材料”，但是大量研究表明，碱激发高炉矿渣粉虽具有较好的力学性能，但是存在抗折强度较低、脆性较大的缺点，这点也与其它无机非金属材料不谋而合。该缺点严重制约了高炉矿渣粉应用于对弯拉强度、刚度、延性、韧性和裂缝控制能力有更高更严格要求的现代混凝土工程。因此如何合理高效的改性高炉矿渣粉，增加其韧性是尤为重要。掺加纤维类材料对高炉矿渣粉屡见不鲜，但是其在实际应用方面依然存在一定的局限：纤维的掺入不仅对材料的抗压强度与工作性等性能均有较大的影响而且地聚合物结构形成需要很强的碱性环境，所以对纤维耐碱腐蚀的性能也提出了更高的要求，同时纤维的掺入、均化等工序也相对复杂。这严重制约了该材料的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性高炉矿渣粉材料，解决碱激发高炉矿渣粉在应用时抗折强度较低、脆性较大的缺点，增韧改性高炉矿渣粉，从而拓宽高炉矿渣粉材料的应用领域，提高其使用价值。
为了实现上述目的，采用技术方案如下：
聚合物改性高炉矿渣粉材料，其组成按重量百分比是：
所述的高聚物为聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇。
按上述方案，所述的高炉矿渣粉主要活性成分及含量为CaO33.64wt％以上、SiO232.93wt％以上、Al2O314.72wt％以上。
按上述方案，所述的石英砂粒径0.075-2mm。
按上述方案，所述的硅酸钠水溶液模数3.2，波美度40，固含量34％。
按上述方案，所述的高聚物为聚丙烯酸钠，分子量大于3×107。
上述聚合物改性高炉矿渣粉材料的制备方法，包括以下步骤：
将高分子聚合物、氢氧化钠、硅酸钠水溶液溶解于水中得到混合溶液；
将高炉矿渣粉倒入混合溶液中，然后加入碱激活剂氢氧化钠，开动搅拌；匀速加入石英砂得到胶砂；
将胶砂注入模具，置于室温24h后盖上保鲜膜，在17-23℃、相对湿度60％的标准养护箱内养护24h后拆模，再放入环境温度20℃、恒温恒湿养护箱中用水完全浸没，养护至28天后干燥，即得到聚合物改性高炉矿渣粉材料。
本发明选用聚丙烯酸钠作为改性剂，其是一种链状有机高分子聚合物，具有大量的强亲水基团，易溶于水，为改性剂的制备提供可能，同时水溶液粘度很大，有着增稠，增粘的作用，在碱激发矿粉基的材料中主要结构作用，形成具有柔性链的三维网状结构，因此选用聚丙烯酸钠进行改性。
本发明的有益效果如下：
本发明聚合物改性高炉矿渣粉材料具有高极限抗弯强度，高弯曲韧性，低弹性模量，即变形性能得到明显改善，弥补了抗折强度较低、脆性较大的缺点，同时其也具有耐高温、耐化学腐蚀、抗渗性优良、低收缩率等优点。
附图说明
图1：实施例1中聚合物改性高炉矿渣粉变形性能曲线；
图2：实施例2中聚合物改性高炉矿渣粉变形性能曲线。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
下面实施例中所使用的高炉矿渣粉为武汉某公司生产的S95级矿渣粉，主要活性成分及含量为CaO(33.64％)、SiO2(32.93％)、Al2O3(14.72％)各项指标符合国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T 18046-2000)中的相关规定；石英砂粒径0.075-2mm；硅酸钠水溶液模数3.2，波美度40；聚丙烯酸钠分子量大于3×107；水可饮用的自来水。
实施例1
按如下质量百分比配料：高炉矿渣粉22.067％，石英砂66.4％，氢氧化钠1.3％，硅酸钠水溶液4.0％，水6.2％，聚丙烯酸钠为0.033％。聚丙烯酰胺作为对比，掺量同样为0.033％，同时以不加任何高聚物作为空白样组。按照上述配比，结合聚合物改性高炉矿渣粉材料的制备方法，养护至28d。
利用WAY-300型全自动抗折抗压试验机测定抗压抗折强度，以及Instron1394万能伺服仪测定弯曲韧性，结果如表1、表2。压折比表示砂浆柔性、韧性的指标，压折比值越低，即相对来说，抗折强度较高，这同样反映了砂浆柔性、韧性越好。
表1不同聚合物改性矿渣粉力学性能
根据表1，可以得到聚丙烯酸钠，聚丙烯酰胺都对高炉矿渣粉有改性作用，相对于空白样，28d抗折强度分别提高了36.40％，17.67％，可见聚丙烯酸钠大大改善了高炉矿渣粉的抗折强度，同时在压折比方面，聚丙烯酸钠，聚丙烯酰胺都降低了碱激发高炉矿渣粉的压折比，降低百分比分别为34.22％、25.03％，可见聚丙烯酸钠有着更好的改性效果，显著增加了高炉矿渣粉的韧性，柔性。
表2聚合物改性矿物地聚合物弯曲韧性试验
根据表2、附图1可得，聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺改性后的高炉矿渣粉，极限抗弯强度大幅提高，相对于空白样分别提高了26.18％、15.04％，最大荷载挠度逐渐增加，弯曲韧性相对于空白样分别提高了211.08％、124.09％，在外部载荷的作用下，空白样，聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺的变形曲线斜率直线斜率k(抗弯拉弹模)减小，即弹性模量降低，并在试件达到最大弯曲载荷时，存在不同程度的延缓趋势，其中延缓程度聚丙烯酸钠最为明显，由此可以看出，根据韧性指标和变形曲线，虽然聚丙烯酰胺也具有改性效果，但是聚丙烯酸钠更加明显的改善了高炉矿渣粉的韧性。
实施例2
按如下质量百分比配料：高炉矿渣粉22.067％，石英砂66.4％，氢氧化钠1.3％，硅酸钠水溶液4.0％，水6.2％，聚丙烯酸钠为0.033％。聚丙烯酰胺作为对比，掺量同样为0.033％，同时以不加任何高聚物作为空白样组。
按照上述配比，结合聚合物改性高炉矿渣粉材料的制备方法，养护至28d，利用WAY-300型全自动抗折抗压试验机测定抗压抗折强度，以及Instron1394万能伺服仪测定弯曲韧性，结果如表3、表4。
表3不同聚合物改性矿渣粉力学性能
根据表3，可以得到聚丙烯酸钠，聚乙烯醇都对高炉矿渣粉有改性作用，相对于空白样，28d抗折强度分别提高了36.40％，12.17％，可见聚丙烯酸钠大大改善了高炉矿渣粉的抗折强度，同时在压折比方面，聚丙烯酸钠，聚乙烯醇都降低了碱激发高炉矿渣粉的压折比，降低百分比分别为34.22％、16.44％，可见聚丙烯酸钠有着更好的改性效果，显著增加了高炉矿渣粉的韧性，柔性。
表4聚合物改性矿物地聚合物弯曲韧性试验
根据表4、附图2可得，聚丙烯酸钠、聚乙烯醇改性后的高炉矿渣粉，极限抗弯强度大幅提高，相对于空白样分别提高了26.18％、15.04％，最大荷载挠度逐渐增加，弯曲韧性相对于空白样分别提高了211.08％、102.95％，在外部载荷的作用下，空白样，聚丙烯酸钠、聚乙烯醇的变形曲线斜率直线斜率k(抗弯拉弹模)减小，即弹性模量降低，并在试件达到最大弯曲载荷时，存在不同程度的延缓趋势，其中延缓程度聚丙烯酸钠最为明显，由此可以看出，根据韧性指标和变形曲线，虽然聚乙烯醇也具有一定的改性效果，但是聚丙烯酸钠更加明显的改善了高炉矿渣粉的韧性。
实施例3
按如下质量百分比配料：高炉矿渣粉25.925％，石英砂61.4％，氢氧化钠1.9％，硅酸钠水溶液4.7％，水6.0％，聚丙烯酸钠0.075％，同时以不加任何高聚物作为空白样组。结合聚合物改性高炉矿渣粉材料的制备方法，养护至28d，利用WAY-300型全自动抗折抗压试验机测定3d、7d、28d抗压、抗折强度，探究其在该配比下的增韧效果，结果如表5。
表5
根据表5可得，聚丙烯酸钠对高炉矿渣粉有改性作用，相对于空白样，3d、7d、28d抗折强度分别提高了42.05％，45.76％，33.86％，可见该配比下聚丙烯酸钠改善了高炉矿渣粉的抗折强度，同时在压折比方面，不同龄期的聚丙烯酸钠降低了碱激发高炉矿渣粉的压折比，降低百分比分别为36.51％、37.74％，33.86％。可见该配比的聚丙烯酸钠有着较好的改性效果，增加了高炉矿渣粉的韧性和柔性。
实施例4
按如下质量百分比配料：高炉矿渣粉16.1％％，石英砂71.69％，氢氧化钠1.0％，硅酸钠水溶液3.3％，水7.9％，聚丙烯酸钠0.01％，同时以不加任何高聚物作为空白样组。结合聚合物改性高炉矿渣粉材料的制备方法，养护至28d，利用WAY-300型全自动抗折抗压试验机测定3d、7d、28d抗压、抗折强度，探究其在该配比下的增韧效果，结果如表6。
表6
根据表6可得，聚丙烯酸钠对高炉矿渣粉有改性作用，相对于空白样，3d、7d、28d抗折强度分别提高了33.71％，32.51％，25.39％，可见该配比下聚丙烯酸钠改善了高炉矿渣粉的抗折强度，同时在压折比方面，不同龄期的聚丙烯酸钠降低了碱激发高炉矿渣粉的压折比，降低百分比分别为28.67％、28.13％，25.39％。可见该配比的聚丙烯酸钠有着较好的改性效果，增加了高炉矿渣粉的韧性和柔性。

Claims (6)

1.聚合物改性高炉矿渣粉材料，其特征在于组成按重量百分比是：
所述的高聚物为聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇。
2.如权利要求1所述聚合物改性高炉矿渣粉材料，其特征在于所述的高炉矿渣粉主要活性成分及含量为CaO33.64wt％以上、SiO2 32.93wt％以上、Al2O3 14.72wt％以上。
3.如权利要求1所述聚合物改性高炉矿渣粉材料，其特征在于所述的石英砂粒径0.075-2mm。
4.如权利要求1所述聚合物改性高炉矿渣粉材料，其特征在于所述的硅酸钠水溶液模数3.2，波美度40，固含量34％。
5.如权利要求1所述聚合物改性高炉矿渣粉材料，其特征在于所述的高聚物为聚丙烯酸钠，分子量大于3×107。
6.权利要求1所述聚合物改性高炉矿渣粉材料的制备方法，包括以下步骤：
将高分子聚合物、氢氧化钠、硅酸钠水溶液溶解于水中得到混合溶液；
将高炉矿渣粉倒入混合溶液中，然后加入碱激活剂氢氧化钠，开动搅拌；匀速加入石英砂得到胶砂；
将胶砂注入模具，置于室温24h后盖上保鲜膜，在17-23℃、相对湿度60％的标准养护箱内养护24h后拆模，再放入环境温度20℃、恒温恒湿养护箱中用水完全浸没，养护至28天后干燥，即得到聚合物改性高炉矿渣粉材料。
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