一種復(fù)合材料增韌陶粒混凝土及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于混凝土的制備領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合材料增韌陶粒混凝土及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國務(wù)院辦公廳《關(guān)于推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化提高住宅質(zhì)量的若干意見的通知》規(guī)定:沿海城市與其他土地資源稀缺的城市從2000年6月開始禁止使用實(shí)心粘土磚，以保護(hù)我國有限的土地資源。發(fā)展不用土或少用土的頁巖陶粒、粉煤灰陶粒等有利于保護(hù)土地資源、促進(jìn)生態(tài)文明。在國外，陶?；炷烈呀?jīng)廣泛運(yùn)用于建筑砌塊和大型墻板中，甚至用于承重結(jié)構(gòu)中，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。相對(duì)于代替粘土磚作為外墻材料的加氣砌塊，加氣陶?；炷疗鰤K在密度相當(dāng)?shù)那疤嵯拢捎谟刑樟Ｗ鳛楣橇?，?qiáng)度有所提高。與一般混凝土相比，除了具有密度低的優(yōu)點(diǎn)之外，陶?；炷劣捎诓捎庙搸r、城市建筑垃圾或者淤泥生產(chǎn)的陶粒代替石子作為骨料，還具有保溫效果好、耐侵蝕、隔音效果好、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。隨著中國近年來快速的城市化進(jìn)程，陶粒混凝土的使用范圍將會(huì)越來越廣。然而，目前再生骨料混凝上承重結(jié)構(gòu)抗震與抗沖擊性能試驗(yàn)還有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合材料增韌陶粒混凝土及其制備方法。該混凝土具有良好的韌性、各向同性、抗疲勞性、密實(shí)性、抗裂性能、抗沖擊性能和抗?jié)B性能，是一種高性能混凝土增韌材料，制備得到的混凝土 28天抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到30-60 MPa，適合建筑承重結(jié)構(gòu)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一、一種復(fù)合材料增韌陶?；炷?，按重量份計(jì)，包括以下組分:水泥320-360份、鋰渣粉40-80份、硅灰20-40份、再生粗骨料700-900份、陶粒500-800份、減水劑3-4份、水100-120份、聚丙烯酸酯10-20份、增韌用復(fù)合材料20-30份、葡萄糖酸鈉0.05?0.1份、三乙醇胺10-15份;所述的增韌用復(fù)合材料由以下重量份的原料制成:改性二氧化硅納米管1.2-1.8份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物22-28份、活化木粉纖維46-50份、硅烷偶聯(lián)劑3.5-5份、增溶劑3.0-3.5份、填料4-6份和水180-220份。
[0005]二、所述活化木粉纖維的制備方法為:室溫下取木粉纖維45 kg，在136 L 20 wt%氫氧化鈉水溶液中攪拌36 h后過濾，將木粉纖維用水洗至中性;然后，將木粉纖維在90 L18 ?丨%過氧化氫水溶液中攪拌30 h，過濾并用水洗凈;再將木粉纖維加入到pH為8、25 wt%吐溫20水溶液中超聲3 h，攪拌18 h后過濾，用水洗凈后，于60-62°C下真空干燥24 h后待用；
所述的木粉纖維的粒徑為100-230目。
[0006]三、所述的改性二氧化硅納米管制備方法包括以下步驟:
(I)在兩個(gè)相同的5 L尼龍罐中各裝入30顆直徑為10 mm的不銹鋼球和45顆直徑為5 mm的不銹鋼球，然后分別加入0.9 kg二氧化硅納米管，再分別滴加90 ml無水乙醇，并用尼龍蓋密封;將兩個(gè)球磨罐對(duì)稱地放入球磨機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為400 rpm、且每30分鐘自動(dòng)轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向的條件下球磨處理48 h；
(2)取步驟(I)處理后的二氧化硅納米管加入到pH為8、20wt%吐溫20水溶液中超聲18h，過濾，用水洗凈后，于55-57°C下真空干燥15 h;
(3)取步驟(2)處理后的二氧化硅納米管在40L、35 ?丨%氫氧化鈉水溶液中攪拌48小時(shí)，過濾，將粉末用純水洗凈后，于58-60°C下真空干燥18 h;
(4)取步驟(3)處理后的二氧化硅納米管在35L、20 ￥丨％的雙氧水中攪拌72小時(shí)，過濾，將粉末用純水洗凈后，于50-52°C下真空干燥48 h，得到1.52-1.60 kg表面帶羥基的二氧化硅納米管；
(5)取步驟(4)制備的表面帶羥基的二氧化硅納米管1.5kg，加入到40 L二氯甲烷中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下室溫超聲處理3 h后，加入110 ml三氟化硼-乙醚絡(luò)合物并室溫?cái)嚢? h;再在-13?-15°C和攪拌條件下，緩慢滴加570 ml 3-甲基-3-羥甲基氧雜環(huán)丁烷，控制滴加時(shí)間為6h;滴加完畢后于-11?-13°C繼續(xù)攪拌I h;然后加入550 ml無水甲醇，按5500-6000 rpm離心處理20-25 min，分離回收溶劑，粉末經(jīng)無水甲醇洗凈并在室溫下真空干燥24 h后，得到1.77-1.86 kg改性二氧化硅納米管；
步驟(I)所述二氧化硅納米管的純度>96%，長度為2-4μπι，管徑為150-300 nm，比表面積>500 m2/g0
[0007]四、所述的增韌用復(fù)合材料制備方法包括以下步驟:
(1)選取改性二氧化硅納米管、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、木粉纖維、硅烷偶聯(lián)劑、增溶劑、填料和水備用；
(2)在室溫下將硅烷偶聯(lián)劑加入水中，攪拌至完全溶解;然后將改性二氧化硅納米管和活化木粉纖維加入到硅烷偶聯(lián)劑水溶液中，超聲3 h后，攪拌5 h，再升溫至59-61°C攪拌36h，過濾，將粉末按500 r/min離心處理35 min，再將粉末在53_55°C下真空干燥30小時(shí)待用；
(3)將填料、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和步驟(2)得到的粉末裝入高速混合機(jī)中，在350-400 r/min轉(zhuǎn)速下分散3-4 h后，升溫至105_110°C，再加入增溶劑，在530-600 r/min轉(zhuǎn)速下分散18-22 min后，放入冷混鍋中冷卻，待溫度降到48_50°C時(shí)放料，得到初混料；
(4)將步驟(3)制備好的初混料置于溫度為175-190°C、轉(zhuǎn)速為70-85r/min的雙螺桿擠出機(jī)中混煉1-1.5 h后擠出，得到混煉料；
(5)將步驟(4)制備好的混煉料粉碎處理后，得到粒度為90-200目的增韌用復(fù)合材料。
[0008]所述增溶劑為馬來酸酐接枝共聚物，優(yōu)選美國Kraton SEBS FG 1901X馬來酸酐接枝三元共聚物，其主要指標(biāo):馬來酸酐接枝物:1.5%;密度:0.91 g/ cm3;熔體指數(shù):22g/1min ；粘度:cps 5000(25°C，25%甲苯溶液)；斷裂伸長率:500%;所述填料為針狀硅灰石，粒徑為1-25ym;所述硅灰比表面積? 1600m2/kg;所述減水劑為萘系高效減水劑，減水率為18-24%;所述鋰渣平均粒徑為4.0-6.6μπι;
五、一種制備如上所述的混凝土的方法:將水泥、鋰渣粉、硅灰、陶粒、再生粗骨料、聚丙烯酸酯、增韌用復(fù)合材料按比例混合，攪拌20-30 S，使各粉料混合均勻，再投入減水劑，攪拌30-40 S，再將三乙醇胺、葡萄糖酸鈉與水同時(shí)加入攪拌機(jī)中，攪拌15-20 min;然后進(jìn)行振搗，澆注，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，得到陶粒混凝土。
[0009]所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的主要指標(biāo):密度:1.01g/cm3;熔體流動(dòng)速率:5.0 g/10min(200°C，5kg)；洛氏硬度:10;彎曲強(qiáng)度:2IMPa；拉伸強(qiáng)度:18 MPa;斷裂伸長率:250%;熱變形溫度:60°C(1.8MPa，未退火)。
[0010]所述硅烷偶聯(lián)劑為美國聯(lián)碳公司市售的A-171或A-151硅烷偶聯(lián)劑。
[OO11 ] 所述過氧化氫水溶液為市售濃度為40wt%的過氧化氫水溶液。
[0012]所述的吐溫20為市售的淺黃色粘稠液體，其主要物化指標(biāo):活性物:98-99%;皂化值(KOHmg/g):40-50;羥值(KOH mg/g):80-108;HLB值:16.7;酸值(KOHmg/g) <1.0；水份(%)<1.0。
[0013]所述再生粗骨料的制備方法為:對(duì)廢舊混凝土進(jìn)行破碎、分揀、篩分、清洗、干燥得到廢舊混凝土再生骨料，然后進(jìn)行篩分得到直徑6mm-12mm的再生粗骨料。
[0014]本發(fā)明選用二氧化硅和木粉纖維作為增韌材料的原因在于:
二氧化硅納米管具有力學(xué)性能優(yōu)異的二維納米管結(jié)構(gòu)，是一種理想的混凝土增韌材料；由于二氧化硅納米管比表面能高，比表面積大，容易團(tuán)聚形成塊狀聚集體而喪失其優(yōu)異的力學(xué)性能，本發(fā)明對(duì)二氧化硅納米管進(jìn)行化學(xué)改性，通過在其表面構(gòu)筑超支化高分子結(jié)構(gòu)，顯著增