CN117303810A - 纤维增强再生砂耐高温地聚物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种纤维增强再生砂耐高温地聚物及其制备方法。本发明使用矿粉、硅灰作为活性原料，采用碱激发方式得到胶凝材料，以再生砂为细骨料，辅以多尺度纤维增强，制备得到地聚物凝固体，强度高、硬化速度快、耐高温、抗爆裂、绿色环保可持续，在促进建筑材料的再生利用、绿色低碳，建筑物与工程结构的防火等方面有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种纤维增强再生砂耐高温地聚物及其制备方法。
背景技术
在建筑材料领域普通硅酸盐水泥是现有应用最为广泛的材料之一，然而普通硅酸盐水泥的生产过程伴随着大量的温室气体排放和对能量、资源的消耗，已不能满足节能环保绿色生态可持续发展的需求。
在城镇化建设过程中，天然砂石等资源过度的被开采，造成大量资源短缺。
同时在对原有建筑的拆除和工程建设及建筑材料的生产过程中产生了大量的垃圾，这些垃圾难以处理并且会对环境产生污染，如何处理这类垃圾已成为急需解决的问题。
如果能将这一类垃圾进行回收利用，制成再生砂作为建筑材料原料，则不仅可解决垃圾处理问题还能节省对天然砂的开采，降低生产成本，保护自然资源，减少土地污染，贯彻了可持续发展的战略，再生砂在建筑材料中的使用有着巨大的优势。
地质聚合物是以含有无机铝硅酸盐的天然矿物或固体废弃物为原材料在化学激发剂的催化条件下制备而成的三维网络凝胶体。
地质聚合物材料相较于普通硅酸盐水泥，在生产过程中的碳排放量仅为后者的五分之一，污染低能耗少，所需原材料成本低、来源广、可回收大量工业废渣进行制备，并在加入各类天然砂或是再生砂等粗细骨料后可制成地质聚合物混凝土，其具有强度高，硬化速度快，耐高温等特点，能够满足现代工程结构的需要与节能环保绿色生态可持续的时代需求。
地质聚合物是替代普通硅酸盐水泥的理想选择，在道路、桥梁、隧道等工程领域有着广阔的应用前景，符合新时代绿色发展主题，在建筑行业向绿色建筑的目标前进过程中有着巨大的应用价值。
尽管地质聚合物材料有着众多优点，但地质聚合物材料固化后同普通混凝土仍存在部分相同缺点，其拉伸、弯曲强度较低，脆性较强，易发生脆性断裂，在发生脆性断裂前其构件变形小，破坏前无明显预警；而对于高性能的地质聚合物材料，其骨料较少胶凝材料比例大，会造成干收缩的问题，而在面对火灾时低孔隙率会造成材料内部蒸汽压难以释放造成爆裂剥落现象，材料截面积的减少会使其力学性能快速下降，造成严重的安全隐患，限制了地质聚合物材料在建筑工程中的大型应用，因此考虑如何增韧，提高其延性、抗变形、耐高温、改善干收缩等是非常必要的。
尽管针对现有各类建筑材料缺点的研究已有所突破，但还缺乏对能够兼具耐高温、高性能、低成本或是绿色环保、可持续等特点的复合工程建筑材料的研究探索。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种纤维增强再生砂耐高温地聚物，本发明使用矿粉、硅灰作为活性原料，采用碱激发方式得到胶凝材料，以再生砂为细骨料，辅以多尺度纤维增强，制备得到地聚物凝固体，强度高、硬化速度快、耐高温、抗爆裂、绿色环保可持续，在促进建筑材料的再生利用、绿色低碳，建筑物与工程结构的防火等方面有重要意义。
具体的，本发明纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，包括如下步骤：
1）按配比称取各原料，
2）将合成纤维表面进行多次涂油处理，得改性合成纤维，
3）将纳米纤维在乙醇-氢氧化钠溶液中浸润碱洗，加热后加入适量氯乙酸钠改性，清洗，加入水玻璃超声分散均匀后加入所称取的氢氧化钠搅拌均匀，得纳米纤维碱激发剂，
4）向纳米纤维碱激发剂中依次加入矿粉、硅灰、再生砂、高效减水剂，搅拌均匀后，依次加入钢纤维、水、改性合成纤维，搅拌均匀，超声震荡，得地聚物浆料，
5）将浆料进行成型、振捣、脱模、养护，即得。
可组成地聚物胶凝材料的原料有多种，本发明选用矿粉和硅灰作为活性原料，从而配合再生砂，满足流动性与和易性要求。
本发明首先将纳米纤维预处理后加入碱激发剂制备得到纳米纤维碱激发剂，经本发明研究表明，该方式是保证纳米纤维在胶凝材料中均匀分散的一种纳米纤维添加方式；同时纳米纤维的分散液中溶解有氢氧化钠，通过计算配比，能够调节碱激发剂的水玻璃模数；使用纳米纤维碱激发剂来开启地质聚合物原料的固化能够使纳米纤维在反应早期就参与微观结构的建立，因此纳米纤维碱激发剂的使用能够起到一举多得的效果。
本发明混合顺序至关重要，若将纳米纤维碱激发剂加入矿粉等干混料，容易导致局部快速反应，从而使得反应不充分不均匀造成工艺缺陷，进而造成材料性能损失与薄弱处增加，纤维的添加顺序也至关重要，添加纤维过程中应注意先添加钢纤维与水充分搅拌形成浆体，最后再逐渐加入改性合成纤维并持续搅拌，避免改性合成纤维在直接接触水时可能的结团积聚，导致出现纤维分散性变差，孔隙等缺陷。
具体的，上述地聚物由主料和多尺度纤维组成，其中，主料由以下重量份原料组成：矿粉700-900份，硅灰150-250份，再生砂1200-1400份，水玻璃170-250份，氢氧化钠28-45份，水110-160份，高效减水剂8-18份，多尺度纤维由钢纤维、改性合成纤维、纳米纤维组成，纳米纤维为纳米植物纤维，钢纤维和改性合成纤维按体积比1-2:1添加，两者体积掺量为地聚物材料的2-5%，纳米纤维添加量为主料质量的0.5-1wt%。
本发明为便于生产取材，矿渣、硅灰、再生砂、水玻璃、氢氧化钠、水、高效减水剂均按重量份称取，多尺度纤维中钢纤维、改性合成纤维按地聚物材料体积比量取，纳米纤维按主料外掺法质量比称取。
优选的，步骤3）加热至70-90℃，清洗采用去离子水反复洗涤4-8次。
优选的，步骤3）和步骤4）采用强制搅拌机，转速不小于120r/min。
优选的，步骤5）振捣采用振动台振捣，养护采用标准养护。更优选的，振捣密实后24h脱模，养护时间至28d，养护温度为18-24℃，湿度为90%。
优选的，所述矿粉为S95级矿粉。
优选的，所述硅灰粒径为0.1-0.2μm。
优选的，所述再生砂粒径为0.045-2mm。再生砂的使用可提升废物利用率，实现绿色环保可持续发展的目标，上述级配再生砂可以对空隙进行填充，提高结构稳定性，提升力学性能。
优选的，所述高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率在20%以上。
优选的，所述钢纤维选用直线型镀铜钢纤维，密度7.9g/cm3，长度为15-20mm，直径0.2mm，钢纤维拉伸强度大于2000MPa。
优选的，所述合成纤维长度为12-15mm，直径30μm，抗拉强度不小于1.4GPa，合成纤维选自PE纤维、聚丙烯纤维或聚乙烯醇纤维的至少一种，通过进行表面涂油处理进行表面改性，调整界面行为以提高性能，避免应其表面的亲水性而造成在受拉应力时应过高黏结力而过早断裂，充分发挥其与钢纤维的协同作用。
优选的，所述纳米纤维为纳米植物纤维，如黄麻、剑麻。
本发明采用钢纤维、改性合成纤维和纳米纤维作为多尺度纤维，钢纤维具有优异的力学性能，能够显著的提升地聚合物材料的强度，增强其延性;纤维增强效果很大程度上取决于纤维与基体之间的黏结状况，本发明对合成纤维表面进行改性处理以改善界面黏结性能，能够显著提高地聚合物材料的韧性，粗钢纤维与细的合成纤维充分发挥多尺度纤维的协同效应以获得增强增韧效果。
使用合成纤维不仅能够增强增韧，还能利用其纤维熔点较低的特性，在高温下熔化为材料内部提供通道，释放内部积聚的蒸汽压，有效抑制了高温下的爆裂现象，避免地聚合物材料力学性能快速下降，钢纤维的熔点较高，即使在高温下仍能保持其工作性能。
而纳米纤维的加入在微观层面的协同使得微观结构更为致密，晶体桥接更强，能够抑制缺陷的产生与扩展。
本发明还涉及纤维增强再生砂耐高温地聚物，具体的，由上述制备方法制备得到。
本发明区别于传统建筑材料，彻底舍弃对硅酸盐水泥的使用，尽可能使用低成本原料，利用不同材质不同尺寸的多尺度纤维来增强地质聚合物，并加入再生砂通过碱激发的方式最终制得的一种绿色建筑材料，具有强度高、硬化速度快、高延性，低收缩性、耐高温、耐久性能高等特点。
本发明既改善了传统混凝土的缺点，还可促进工程建筑行业低成本，高性能，绿色环保可持续的绿色发展，其出色的耐高温性能使其在建筑结构的防火、火灾安全方面也有着巨大的应用价值。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
（1）本发明采用原料为矿粉、硅灰、再生砂等低成本原料，实现了对工业废弃物的绿色循环化，使用地质聚合物的技术路线，其使用材料来源广泛，减少了对自然资源的依赖，胶凝材料舍弃了对硅酸盐水泥的使用，避免了在生产硅酸盐水泥时的大量碳排放和能源浪费，符合新时代节能环保、绿色低碳、可持续的发展目标，矿粉和硅灰组成的胶凝材料体系更适合于再生砂的使用，降低其粒径差、级配差、石粉含量高对混凝土造成的性能损害；
（2）地质聚合物材料作为一种建筑材料具有耐久性好、强度高、硬化速度快、抗渗性好等优点，本发明利用多尺度纤维进一步增强提升了材料的抗压强度，可用于建筑结构的承载，能够替代超越多数传统的混凝土建筑材料；
（3）本发明使用多尺度纤维，其中对合成纤维进行改性，改善了合成纤维的界面性能，更好的同抗拉强度高的钢纤维配合，纤维的存在对基体起较强的约束作用，限制了其干收缩，提升了材料的延性，改善易脆断的缺点，拥有更好的耐久性能，多尺度纤维从宏观和微观多尺度相互配合，在微观层面形成更为致密的结构与更强的连接，宏观层面发挥钢纤维与合成纤维的协同作用，抑制材料的开裂，使材料增强增韧；
（4）本发明具有优异的耐高温性能，在建筑结构防火及特殊应用环境下有着巨大的潜力。
本发明使用多尺度纤维，充分利用合成纤维低熔点的特性，合成纤维在高温后熔化为水蒸气提供逸散通路，释放基体中的蒸汽压，有效避免了在高温时的爆裂现象，避免大面积的爆裂发生导致的横截面积减小造成的力学性能快速下降。
而钢纤维熔点较高，在高温时仍能发挥出高抗拉强度，能够有效提高混凝土在受高温后的残余力学性能。
而纳米纤维在微观层面同基体胶凝材料在反应过程及后续养护阶段中搭接填补生成更为致密的三维立体结构，能够维持基体中连续微观结构的完整性，多尺度纤维的协同作用使本发明能够拥有良好的耐火性能与耐高温性能。
具体实施方式
为对本发明技术效果进行更好的说明，制备纤维增强再生砂耐高温地聚物，并对其性能进行检测。
试验过程中，纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，包括如下步骤：1）按配比称取各原料，2）将聚乙烯醇纤维表面进行3次涂油处理，得改性合成纤维，3）将纳米剑麻纤维在乙醇-氢氧化钠溶液中浸润碱洗，加热至80℃后加入纳米剑麻纤维质量3wt%的氯乙酸钠改性，采用去离子水进行清洗，加入水玻璃超声分散均匀后加入所称取的氢氧化钠搅拌均匀，得纳米纤维碱激发剂，4）向纳米纤维碱激发剂中依次加入矿粉、硅灰、再生砂、高效减水剂，搅拌均匀后，依次加入钢纤维、水、改性合成纤维，搅拌均匀，超声震荡，得地聚物浆料，5）将浆料进行成型、振捣、24h脱模、标准养护至28d，即得。
其中，矿粉为S95级矿粉，比表面积为435m2/kg，密度为2.88g/cm3，硅灰粒径为0.1-0.2μm，密度为2.2g/cm3，比表面积为19.22m2/g，再生砂粒径为0.045-2mm，高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率在20%以上，钢纤维选用直线型镀铜钢纤维，密度7.9g/cm3，长度为15-20mm，直径0.2mm，钢纤维拉伸强度大于2000MPa，聚乙烯醇纤维长度为12-15mm，直径30μm，抗拉强度不小于1.4GPa。
称料过程中，矿渣、硅灰、再生砂、水玻璃、氢氧化钠、水、高效减水剂均按重量份称取，多尺度纤维中钢纤维、改性合成纤维按地聚物材料体积比量取，纳米纤维按主料外掺法质量比称取。
实施例1
纤维增强再生砂耐高温地聚物，由以下原料组成：矿粉800份、硅灰200份、再生砂1340份、水玻璃200份、氢氧化钠33.76份、水160份，高效减水剂12份，钢纤维体积掺量1%，改性合成纤维体积掺量1%，纳米纤维含量为1wt%。
经检测，常温下28d试件抗压强度为113.8MPa，抗折强度为14.1MPa，200℃处理后抗压强度105.1 MPa，400℃处理后抗压强度60.7 MPa，600℃处理后抗压强度38.3 MPa。
实施例2
纤维增强再生砂耐高温地聚物，由以下原料组成：矿粉800份、硅灰200份、再生砂1260份、水玻璃200份、氢氧化钠33.76份、水140份，高效减水剂10份，钢纤维体积掺量1%，改性合成纤维体积掺量1%，纳米纤维含量为1wt%。
经检测，常温下28d试件抗压强度为120.1MPa，抗折强度为14.3MPa。200℃处理后抗压强度111.2 MPa，400℃处理后抗压强度63.8 MPa，600℃处理后抗压强度40.1 MPa。
实施例3
纤维增强再生砂耐高温地聚物，由以下原料组成：矿渣850份、硅灰250份、再生砂1400份、水玻璃200份、氢氧化钠33.76份、水180份，高效减水剂14份，钢纤维体积掺量1%，改性合成纤维体积掺量1%，纳米纤维含量为1wt%。
经检测，常温下28d试件抗压强度为116.9MPa，抗折强度为14.0MPa。200℃处理后抗压强度107.8 MPa，400℃处理后抗压强度60.9 MPa，600℃处理后抗压强度39.6MPa。
对比例1
地聚物，由以下原料组成：矿粉800份、粉煤灰200份、再生砂1260份、水玻璃200份、氢氧化钠33.76份、水140份，高效减水剂10份，钢纤维体积掺量1%，改性合成纤维体积掺量1%，纳米纤维含量为1wt%。
经检测，常温下28d试件抗压强度为96.8MPa，抗折强度为11.2MPa。200℃处理后抗压强度80.3 MPa，400℃处理后抗压强度42.5 MPa。
对比例2
地聚物，由以下原料组成：矿粉800份、硅灰200份、再生砂1260份、水玻璃200份、氢氧化钠33.76份、水140份，高效减水剂10份，钢纤维体积掺量2%，纳米纤维含量为1wt%。
经检测，常温下28d试件抗压强度为103.4MPa，抗折强度为12.6MPa。200℃处理后抗压强度76.3 MPa，400℃处理后试件爆裂。
对比例3
与实施例2相比，制备过程中不进行步骤3）纳米纤维碱激发剂的制备，混合工序为依次加入矿粉、硅灰、再生砂、高效减水剂、水玻璃、氢氧化钠，搅拌均匀后，依次加入纳米剑麻纤维、钢纤维、水、改性合成纤维，搅拌均匀，超声震荡，其余工艺相同。
经检测，常温下28d试件抗压强度为89.6MPa，抗折强度为8.2MPa。200℃处理后抗压强度65.3 MPa，400℃处理后试件破裂。
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）按配比称取各原料，
2）将合成纤维表面进行多次涂油处理，得改性合成纤维，
3）将纳米纤维在乙醇-氢氧化钠溶液中浸润碱洗，加热后加入适量氯乙酸钠改性，清洗，加入水玻璃超声分散均匀后加入所称取的氢氧化钠搅拌均匀，得纳米纤维碱激发剂，
4）向纳米纤维碱激发剂中依次加入矿粉、硅灰、再生砂、高效减水剂，搅拌均匀后，依次加入钢纤维、水、改性合成纤维，搅拌均匀，超声震荡，得地聚物浆料，
5）将浆料进行成型、振捣、脱模、养护，即得，
上述地聚物由主料和多尺度纤维组成，其中，主料由以下重量份原料组成：矿粉700-900份，硅灰150-250份，再生砂1200-1400份，水玻璃170-250份，氢氧化钠28-45份，水110-160份，高效减水剂8-18份，多尺度纤维由钢纤维、改性合成纤维、纳米纤维组成，纳米纤维为纳米植物纤维，钢纤维和改性合成纤维按体积比1-2:1添加，两者体积掺量为地聚物材料的2-5%，纳米纤维添加量为主料质量的0.5-1wt%。
2.根据权利要求1所述纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，步骤3）加热至70-90℃，清洗采用去离子水反复洗涤4-8次。
3.根据权利要求1所述纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，步骤3）和步骤4）采用强制搅拌机，转速不小于120r/min。
4.根据权利要求1所述纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，步骤5）振捣采用振动台振捣，养护采用标准养护。
5.根据权利要求1所述纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，所述矿粉为S95级矿粉，所述硅灰粒径为0.1-0.2μm。
6.根据权利要求1所述纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，所述再生砂粒径为0.045-2mm。
7.根据权利要求1所述纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，所述高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率在20%以上。
8.根据权利要求1所述纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，所述钢纤维选用直线型镀铜钢纤维，密度7.9g/cm3，长度为15-20mm，直径0.2mm，钢纤维拉伸强度大于2000MPa。
9.根据权利要求1所述纤维增强再生砂耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，所述合成纤维长度为12-15mm，直径30μm。
10.纤维增强再生砂耐高温地聚物，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述制备方法制备得到。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106220101A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-12-14 | 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 | 一种粉煤灰基地聚物灌浆料及其制备方法 |
| CN108546028A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-09-18 | 郑州大学 | 一种纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆的制备方法 |
| CN110922493A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-27 | 济南圣泉集团股份有限公司 | 改性木质素纳米纤维素及其制备方法和应用、包含其的改性砂浆 |
| CN116283002A (zh) * | 2023-02-25 | 2023-06-23 | 杭州钱神商品混凝土有限公司 | 一种混凝土改性剂及其制备方法与混凝土 |
| CN116874265A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-10-13 | 石家庄铁道大学 | 高延性多尺度纤维增强水泥基复合材料及其制备方法 |
| CN116903307A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-10-20 | 郑州大学 | 一种纳米二氧化硅/混杂纤维增强地聚合物混凝土及其制备方法 |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106220101A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-12-14 | 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 | 一种粉煤灰基地聚物灌浆料及其制备方法 |
| WO2018028225A1 (zh) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 | 一种粉煤灰基地聚物灌浆料及其制备方法 |
| CN108546028A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-09-18 | 郑州大学 | 一种纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆的制备方法 |
| CN110922493A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-27 | 济南圣泉集团股份有限公司 | 改性木质素纳米纤维素及其制备方法和应用、包含其的改性砂浆 |
| CN116283002A (zh) * | 2023-02-25 | 2023-06-23 | 杭州钱神商品混凝土有限公司 | 一种混凝土改性剂及其制备方法与混凝土 |
| CN116903307A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-10-20 | 郑州大学 | 一种纳米二氧化硅/混杂纤维增强地聚合物混凝土及其制备方法 |
| CN116874265A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-10-13 | 石家庄铁道大学 | 高延性多尺度纤维增强水泥基复合材料及其制备方法 |
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