一种高强高延性地聚合物混凝土及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种加固用高强高延性地聚合物混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、ecc是一类在纤维掺量适中的情况下实现多条微裂缝平稳开展、呈现高延性的新型水泥基复合材料，自产生第1条裂缝后便具有良好的应力传递和裂缝宽度控制能力，表现出显著的应变硬化及裂缝宽度可控性，其极限应变可达3-7％，而普通混凝土在开裂时所具有的极限拉应变仅为0.01-0.02％，ecc是其200-500倍。ecc的配方中不含粗骨料，因此这类材料的水泥用量通常较高；大量水泥的使用不仅增加了成本，而且也不利于环境的保护。

2、相比较而言，地聚合物是一种利用钢渣、磷渣等工业废弃物在碱激发条件下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。它是一种绿色环保，成产成本低的胶凝材料，且具有耐高温，耐酸碱及固化重金属等优异性能，但也存在延性低、抗压强度低、拉伸强度低等缺点。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种加固用高强高延性地聚合物混凝土，其凝结速度较快，并可兼顾较高的延性、抗压强度、耐酸性和低温性能等；且涉及的制备方法较简单、可实现常温制备，适合推广应用。

2、为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种高强高延性地聚合物混凝土，各原料及其所占重量份数包括：钢渣25-30份，磷渣粉7-9份，煅烧钠基膨润土1-3份，硅灰1-3份，石英砂33-40份，复合碱激发剂11-18份，水6-8份，分散剂0.02-0.04份，消泡剂0.03-0.05份，改性精细钢纤维1-3份，改性多壁碳纳米管0.03-0.05份，改性pva纤维0.5-0.7份。

4、上述方案中，所述钢渣中主要化学成分及其所占质量百分比包括：sio2 30-50wt％，al2o330-40wt％；粒径为5000-6000目。

5、上述方案中，所述煅烧钠基膨润土中，al2o3的含量为50-60wt％，sio2的含量为20-30wt％；粒径小于50nm。

6、上述方案中，所述煅烧钠基膨润土通过将钠基膨润土在600-700℃的温度下煅烧10-14h，然后研磨，筛分得到。

7、上述方案中，所述硅灰中sio2含量大于97％，粒径为2000-3000目。

8、上述方案中，所述磷渣粉的平均粒径为100-200nm；将磷渣首先采用球磨机球磨3-5h，再进行筛分得到。

9、进一步地，所述球磨速率为500-1500r/min。

10、上述方案中，所述石英砂的粒径为80-120目。

11、上述方案中，所述复合碱激发剂采用模数为1.2-1.8的钠水玻璃陈化12-48h得到。

12、进一步地，所述模数为1.2-1.8的钠水玻璃采用氢氧化钠对初始模数为2.5-3.5、固体含量为35-39％的水玻璃调节得到。

13、上述方案中，所述改性多壁碳纳米管的制备步骤包括：

14、1)将多壁碳纳米管置于混酸溶液中，充分搅拌，在40-60℃下超声震荡，静置，用水稀释，离心分离，将所得沉淀重复上述稀释和离心分离步骤直至所得混合液的ph值大于7，最后将所得混合液进行干燥，得到初步改性的多壁碳纳米管；

15、2)将所得初步改性的多壁碳纳米管加入到氯化亚砜中，滴加n,n-二甲基甲酰胺作为催化剂，进行超声处理，然后回流反应，即得所述改性多壁碳纳米管。

16、上述方案中，所述混酸溶液为浓硝酸和浓硫酸的混合液，其中，浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:2-4，浓硝酸的浓度为95-98wt％，浓硫酸的浓度为90-95wt％。

17、上述方案中，所述多壁碳纳米管的长度为20-30μm，外径为10-30nm。

18、上述方案中，所述多壁碳纳米管与混酸溶液的质量比为1:100-200。

19、上述方案中，所述超声震荡时间为3-6h。

20、上述方案中，所述干燥步骤采用真空干燥工艺，采用的温度为60-70℃，时间为20-30pa。

21、上述方案中，所述初步改性的多壁碳纳米管、氯化亚砜、n,n-二甲基甲酰胺的质量比为1:300-350:400-450。

22、上述方案中，所述超声处理步骤采用的功率为300-500w，时间为0.5-0.7h。

23、上述方案中，所述回流反应温度为60-75℃，时间为12-20h。

24、上述方案中，所述改性pva的制备步骤包括：

25、1)采用丙酮对pva纤维进行回流清洗，真空干燥，然后加入碱液中进行浸泡处理，醇洗(乙醇等)，真空干燥，然后浸泡于醇溶液中，醇洗(乙醇等)，真空干燥，得到初步改性的pva；

26、2)将所得初步改性的pva置于含有n,n-二甲基甲酰胺的氯化亚砜溶液中，浸泡、静置(2-3h)，醇洗(乙醇等)，真空干燥；然后置于含有聚乙烯亚胺的n-甲基吡咯烷酮溶液中，进行超声处理，醇洗，真空干燥，即得所述改性pva。

27、上述方案中，所述pva纤维的长度为3-12mm，直径为35-40μm。

28、上述方案中，所述碱液可选用氢氧化钾溶液等，其浓度为0.5-1mol/l。

29、上述方案中，所述碱液中的浸泡处理时间为0.3-0.5h。

30、上述方案中，所述醇溶液的浓度为1-5mol/l。

31、上述方案中，在醇溶液中的浸泡时间为5-15min。

32、上述方案中，所述含有n,n-二甲基甲酰胺的氯化亚砜溶液中，n,n-二甲基甲酰胺的浓度为15-30wt％。

33、上述方案中，所述含有聚乙烯亚胺的n-甲基吡咯烷酮溶液中，聚乙烯亚胺的浓度为15-30wt％。

34、上述方案中，所述超声处理采用的功率为300-500w，时间为0.5-0.7h。

35、上述方案中，所述真空干燥温度为50-60℃

36、上述方案中，所述改性精细钢纤维通过将精细钢纤维加入硝酸/硫酸混酸溶液中浸泡，清洗(采用大量无水乙醇冲洗)得到；其中精细钢纤维的长度为10-20mm，直径为0.4-0.5mm，两端带弯钩。

37、进一步地，所述精细钢纤维在浓硝酸和浓硫酸形成的硝酸/硫酸混酸溶液中的浸泡时间为1-2h，浓硝酸和浓硫酸的体积比为(2-3):1，浓硝酸的浓度为95-98wt％，浓硫酸的浓度为90-95wt％。

38、上述方案中，所述分散剂为十二烷基磺酸钠、十六烷三甲基溴化铵、脂肪酸氧乙烯醚等中的一种以上，其含量为胶凝材料组分质量的0.1-0.3％。

39、上述方案中，所述消泡剂为磷酸三丁酯或硅烷偶联剂改性的聚醚类消泡剂，其含量为胶凝材料组分质量的0.1-0.3％。

40、上述一种高强高延性地聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：

41、(1)原料称取；以质量份数计，称取钢渣25-30份，磷渣粉7-9份，煅烧钠基膨润土1-3份，硅灰1-3份，石英砂33-40份，复合碱激发剂11-18份，水6-8份，分散剂0.02-0.04份，消泡剂0.03-0.05份，改性精细钢纤维1-3份，改性多壁碳纳米管0.03-0.05份，改性pva纤维0.5-0.7份；

42、(2)将称取的分散剂、消泡剂和水置于复合碱激发中，搅拌(180-240s)，然后进行超声处理，即得均匀的混合溶液；

43、(3)采用改性多壁碳纳米管和改性pva制备改性多壁碳纳米管-pva；

44、(4)将称取的钢渣、煅烧钠基膨润土、硅灰、磷渣粉、石英砂放入搅拌锅内干搅(100-120s)，得到干混料；然后加入步骤(2)所得混合溶液搅拌均匀(150-180s)，接着加入改性多壁碳纳米管-pva纤维，进行慢速搅拌(60-90s)，然后加入改性精细钢纤维，快速搅拌(90-120s)，得混合料；进行浇筑，振捣，标准养护，即得所述加固用高强高延性地聚合物混凝土。

45、进一步地，改性多壁碳纳米管-pva纤维的具体制备步骤包括：将改性多壁碳纳米管加入到n,n-二甲基甲酰胺(催化剂)中，300-500w的功率下超声0.5-0.7h；然后加入改性pva，超声10～14h后，用醇洗，真空干燥(50-60℃)，即得改性多壁碳纳米管-pva。

46、上述方案中，所述改性多壁碳纳米管与n,n-二甲基甲酰胺的质量比为1:1000-2000。

47、上述方案中，步骤(2)所述超声处理步骤采用的功率为300-500w，时间为0.5-0.7h。

48、上述方案中，所述慢速搅拌采用的搅拌速率为30-60r/min，快速搅拌采用的搅拌速率为90-120r/min。

49、上述方案中，所述标准养护时间为28天。

50、根据上述方案制备的高强高延性地聚合物混凝土，可用于梁板柱加固等领域。

51、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

52、1.本发明所述高强高延性地聚合物混凝土材料以钢渣、磷渣等工业废弃物等主要原料，可有效解决工业废弃物堆放等问题，变废为宝，可节约资源，具有显著的经济和环境效益。

53、2.本发明所述高强高延性地聚合物混凝土的延性最高可达11％，远远高于ecc和普通高延性地聚合物；同时兼顾良好的抗压强度、耐酸性和低温性能等，适用性广。

54、3.通过加入模数为1.2-1.8的钠水玻璃的碱激发剂，使形成的复合式地聚合物较为稳定。

55、4.本发明可实现常温制备，凝结时间较快，且制备方法简单，适合推广应用。