CN107365116A - 一种水泥基复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥基复合材料,属于建筑材料领域。本发明水泥基复合材料包括如下重量份数的原料:150~200份硅酸盐水泥、85~90份石英砂、35~40份水、12~16份复合纤维、7~9份改性碳酸钙晶须、6~10份氮化硅、1~2份减水剂。本发明利用阴离子聚丙烯酰胺对凹凸棒土进行表面改性,增加凹凸棒土与聚苯胺及聚乙烯醇相容性,再利用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与聚苯胺及聚乙烯醇间的结合度,进而提高纤维的力学性能,本发明水泥基复合材料制备过程中纤维在基体中分散均匀,可有效提高材料的力学性能,固化过程中无开裂现象出现。

Description

一种水泥基复合材料
技术领域
本发明涉及一种水泥基复合材料,属于建筑材料领域。
背景技术
水泥基材料,如水泥砂浆和混凝土,具有明显的多尺度结构特征,包括由水泥水化产物和凝胶孔等构成的微观结构、由水泥浆和孔洞缺陷等构成的细观结构以及由砂浆和粗骨料等构成的宏观结构。但由于水泥砂浆在固化过程中的收缩,使得水泥砂浆中存在大量的空隙、裂隙、裂纹等缺陷,从而造成建筑过程中胶结强度低,且由于水泥砂浆的抗拉强度、韧性和抗裂能力也较差,无法满足质量要求。所以,水泥基复合材料应运而生,有效弥补了水泥基材料所存在的问题。
水泥基复合材料是以硅酸盐水泥为基体,以耐碱玻璃纤维、通用合成纤维、各种陶瓷纤维、碳和芳纶等高性能纤维、金属丝以及天然植物纤维和矿物纤维为增强体,加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料。该材料脆性小,抗拉应力大,但具有明显的湿敏性,在高湿度环境下,其力学性能大幅度下降,而且成型工艺较为复杂,难以在工程中得到广泛推广。针对这些问题,研究者利用纤维增强水泥基复合材料,以此提高水泥基复合材料的力学性能。纤维增强水泥基复合材料是由水泥净浆、砂浆或水泥混凝土作基材,以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。但由于纤维在基体中分散不均匀,导致制得的水泥基复合材料力学性能降低,固化过程中易出现裂纹,耐久性较差。因此,开发一种力学性能高、固化过程中无裂纹出现的水泥基复合材料具有必要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对由于纤维在基体中分散不均匀,导致制得的水泥基复合材料力学性能降低,固化过程中易出现裂纹的弊端,提供了一种水泥基复合材料。
为解决上述技术问题,本发明采用如下所述的技术方案是:
本发明的水泥基复合材料,包括如下重量份数的原料:150~200份硅酸盐水泥、85~90份石英砂、35~40份水、12~16份复合纤维、7~9份改性碳酸钙晶须、6~10份氮化硅、1~2份减水剂。
所述减水剂为固含量为23~26%的聚羧酸盐减水剂。
所述复合纤维的制备,包括如下步骤:
(1)将凹凸棒土在盐酸中浸泡20~25min,再加入阴离子聚丙烯酰胺搅拌均匀,静置,过滤,收集滤渣,并干燥,粉碎,过筛,收集过筛颗粒;
(2)将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、过筛颗粒、聚苯胺及聚乙烯醇混合均匀,放入二甲基亚砜溶液中,获得纺丝溶液,进行纺丝,即可得复合纤维。
所述阴离子聚丙烯酰胺的加入量为凹凸棒土质量的2.3~3.3%。
所述甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、干燥物、聚苯胺及聚乙烯醇的质量比为0.6~0.9:6~9:16~23:43~46。
所述改性碳酸钙晶须为:将碳酸钙晶须、水、脂肪醇硫酸钠及三乙醇胺硼酸酯按质量比6:12:2:0.2混合均匀,超声震荡,过滤,收集滤饼,并干燥,粉碎,收集粉碎物,即可得改性碳酸钙晶须。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
(1)本发明利用阴离子聚丙烯酰胺对凹凸棒土进行表面改性,增加凹凸棒土与聚苯胺及聚乙烯醇相容性,再利用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷增加聚苯胺及聚乙烯醇间的结合度,防止复合纤维在使用过程中,纤维间的分裂,以使固化过程中易出现裂纹的问题出现,进而提高水泥基复合材料的力学性能;
(2)本发明添加三乙醇胺硼酸酯对碳酸钙晶须进行表面改性,增加防腐性能,进而提高水泥基复合材料的防腐性能,同时在碳酸钙晶须表面形成膜,对其进行保护,进而提高在基体中分散性能,使用脂肪醇硫酸钠进行表面改性,提高活性,在改性碳酸钙晶须及硼的作用下,防止固化过程中裂纹的出现,同时改性碳酸钙晶须提高力学性能。
具体实施方式
改性碳酸钙晶须的制备:将碳酸钙晶须、水、脂肪醇硫酸钠及三乙醇胺硼酸酯按质量比6:12:2:0.2放入容器中,在120~135℃下,以130r/min搅拌混合25~30min,再将容器置于超声波震荡器中,在1.5~2.3MHz下震荡15~20min,再进行过滤,收集滤饼,并放在90℃干燥箱中干燥过夜,收集干燥物放入粉碎机中,以1000r/min粉碎,收集粉碎物,即可得改性碳酸钙晶须。
复合纤维的制备:
(1)将凹凸棒土在1.5mol/L盐酸中浸泡20~25min,再加入凹凸棒土质量2.3~3.3%的阴离子聚丙烯酰胺,搅拌均匀,在40~45℃下静置2~4h后过滤,收集滤渣,将滤渣放入100℃干燥箱中干燥4~6h,收集干燥物,并放入粉碎机中进行粉碎,过500目筛,收集过筛颗粒;
(2)按质量比0.6~0.9:6~9:16~23:43~46,将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、过筛颗粒、聚苯胺及聚乙烯醇放入混合机中,以200r/min混合10~15min,收集混合物,按质量比1:15,将混合物放入质量份数为60%的二甲基亚砜溶液中,以300r/min搅拌30~40min,得纺丝溶液,将纺丝溶液进行纺丝,喷丝头孔径为0.1~0.3mm,第一段牵伸温度为155℃,第二段牵伸温度为230℃,第二段牵伸倍数11~13,卷绕速率为12m/min,再进行切割,得复合纤维。
本发明的水泥基复合材料,包括如下重量份数的原料:150~200份硅酸盐水泥、85~90份石英砂、35~40份水、12~16份复合纤维、7~9份改性碳酸钙晶须、6~10份氮化硅、1~2份减水剂,所述减水剂为固含量为23~26%的聚羧酸盐减水剂。
实例1
改性碳酸钙晶须的制备:将碳酸钙晶须、水、脂肪醇硫酸钠及三乙醇胺硼酸酯按质量比6:12:2:0.2放入容器中,在120℃下,以130r/min搅拌混合25min,再将容器置于超声波震荡器中,在1.5MHz下震荡15min,再进行过滤,收集滤饼,并放在90℃干燥箱中干燥过夜,收集干燥物放入粉碎机中,以1000r/min粉碎,收集粉碎物,即可得改性碳酸钙晶须。
复合纤维的制备:
(1)将凹凸棒土在1.5mol/L盐酸中浸泡20min,再加入凹凸棒土质量2.3%的阴离子聚丙烯酰胺,搅拌均匀,在40℃下静置2h后过滤,收集滤渣,将滤渣放入100℃干燥箱中干燥4h,收集干燥物,并放入粉碎机中进行粉碎,过500目筛,收集过筛颗粒;
(2)按质量比0.6:6:16:43,将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、过筛颗粒、聚苯胺及聚乙烯醇放入混合机中,以200r/min混合10min,收集混合物,按质量比1:15,将混合物放入质量份数为60%的二甲基亚砜溶液中,以300r/min搅拌30min,得纺丝溶液,将纺丝溶液进行纺丝,喷丝头孔径为0.1mm,第一段牵伸温度为155℃,第二段牵伸温度为230℃,第二段牵伸倍数11,卷绕速率为12m/min,再进行切割,得复合纤维。
本发明的水泥基复合材料,包括如下重量份数的原料:150份硅酸盐水泥、85份石英砂、35份水、12份复合纤维、7份改性碳酸钙晶须、6份氮化硅、1份减水剂,所述减水剂为固含量为23%的聚羧酸盐减水剂。
实例2
改性碳酸钙晶须的制备:将碳酸钙晶须、水、脂肪醇硫酸钠及三乙醇胺硼酸酯按质量比6:12:2:0.2放入容器中,在128℃下,以130r/min搅拌混合28min,再将容器置于超声波震荡器中,在1.9MHz下震荡18min,再进行过滤,收集滤饼,并放在90℃干燥箱中干燥过夜,收集干燥物放入粉碎机中,以1000r/min粉碎,收集粉碎物,即可得改性碳酸钙晶须。
复合纤维的制备:
(1)将凹凸棒土在1.5mol/L盐酸中浸泡23min,再加入凹凸棒土质量2.8%的阴离子聚丙烯酰胺,搅拌均匀,在43℃下静置3h后过滤,收集滤渣,将滤渣放入100℃干燥箱中干燥5h,收集干燥物,并放入粉碎机中进行粉碎,过500目筛,收集过筛颗粒;
(2)按质量比0.8:8:19:45,将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、过筛颗粒、聚苯胺及聚乙烯醇放入混合机中,以200r/min混合13min,收集混合物,按质量比1:15,将混合物放入质量份数为60%的二甲基亚砜溶液中,以300r/min搅拌35min,得纺丝溶液,将纺丝溶液进行纺丝,喷丝头孔径为0.2mm,第一段牵伸温度为155℃,第二段牵伸温度为230℃,第二段牵伸倍数12,卷绕速率为12m/min,再进行切割,得复合纤维。
本发明的水泥基复合材料,包括如下重量份数的原料:180份硅酸盐水泥、88份石英砂、38份水、14份复合纤维、8份改性碳酸钙晶须、8份氮化硅、2份减水剂,所述减水剂为固含量为25%的聚羧酸盐减水剂。
实例3
改性碳酸钙晶须的制备:将碳酸钙晶须、水、脂肪醇硫酸钠及三乙醇胺硼酸酯按质量比6:12:2:0.2放入容器中,在135℃下,以130r/min搅拌混合30min,再将容器置于超声波震荡器中,在2.3MHz下震荡20min,再进行过滤,收集滤饼,并放在90℃干燥箱中干燥过夜,收集干燥物放入粉碎机中,以1000r/min粉碎,收集粉碎物,即可得改性碳酸钙晶须。
复合纤维的制备:
(1)将凹凸棒土在1.5mol/L盐酸中浸泡25min,再加入凹凸棒土质量3.3%的阴离子聚丙烯酰胺,搅拌均匀,在45℃下静置4h后过滤,收集滤渣,将滤渣放入100℃干燥箱中干燥6h,收集干燥物,并放入粉碎机中进行粉碎,过500目筛,收集过筛颗粒;
(2)按质量比0.9:9:23:46,将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、过筛颗粒、聚苯胺及聚乙烯醇放入混合机中,以200r/min混合15min,收集混合物,按质量比1:15,将混合物放入质量份数为60%的二甲基亚砜溶液中,以300r/min搅拌40min,得纺丝溶液,将纺丝溶液进行纺丝,喷丝头孔径为0.3mm,第一段牵伸温度为155℃,第二段牵伸温度为230℃,第二段牵伸倍数13,卷绕速率为12m/min,再进行切割,得复合纤维。
本发明的水泥基复合材料,包括如下重量份数的原料:200份硅酸盐水泥、90份石英砂、40份水、16份复合纤维、9份改性碳酸钙晶须、10份氮化硅、2份减水剂,所述减水剂为固含量为26%的聚羧酸盐减水剂。
将上述实施例所得水泥基复合材料与聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料进行检测,并进行对比,结果如表一所示。
表一:
检测项目 实例1 实例2 实例3 聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料
抗压强度/MPa 40.5 41.1 41.8 37.1~39.6
抗折强度/MPa 5.13 5.22 5.31 4.87~5.09
抗弯强度/MPa 16.35 18.45 21.13 10.03~16.27
弯曲韧性/(N·m) 21.9 25.7 30.2 13.1~21.1
抗裂参数 0.56 0.68 0.79 0.37~0.48
固化过程中裂纹出现情况
由上表可知,本发明水泥基复合材料具有较好的力学性能,抗裂能力佳,固化过程中无开裂现象出现。
将上述实施例所得水泥基复合材料与聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料放入质量分数为15%盐水中浸泡,浸泡温度为35~40℃,浸泡7h,取出浸泡物,进行清洗,烘干,再进行检测,结果如表二所示。
表二
检测项目 实例1 实例2 实例3 聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料
抗压强度/MPa 38.2 39.3 40.2 30.5~32.2
抗折强度/MPa 4.92 5.12 5.23 4.12~4.32
抗弯强度/MPa 15.6 18.32 20.99 8.52~12.8
弯曲韧性/(N·m) 21.2 25.3 29.8 12.3~19.9
抗裂参数 0.50 0.61 0.73 0.27~0.38
由上表可知,本发明水泥基复合材料具有较好的耐腐蚀性。

Claims (6)

1.一种水泥基复合材料,其特征在于,包括如下重量份数的原料:150~200份硅酸盐水泥、85~90份石英砂、35~40份水、12~16份复合纤维、7~9份改性碳酸钙晶须、6~10份氮化硅、1~2份减水剂。
2.根据权利要求1所述的水泥基复合材料,其特征在于,所述减水剂为固含量为23~26%的聚羧酸盐减水剂。
3.根据权利要求1所述的水泥基复合材料,其特征在于,所述复合纤维的制备,包括如下步骤:
(1)将凹凸棒土在盐酸中浸泡20~25min,再加入阴离子聚丙烯酰胺搅拌均匀,静置,过滤,收集滤渣,并干燥,粉碎,过筛,收集过筛颗粒;
(2)将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、过筛颗粒、聚苯胺及聚乙烯醇混合均匀,再放入二甲基亚砜溶液中,获得纺丝溶液,进行纺丝,即可得复合纤维。
4.根据权利要求3所述的水泥基复合材料,其特征在于,所述阴离子聚丙烯酰胺的加入量为凹凸棒土质量的2.3~3.3%。
5.根据权利要求3所述的水泥基复合材料,其特征在于,所述甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、干燥物、聚苯胺及聚乙烯醇的质量比为0.6~0.9:6~9:16~23:43~46。
6.根据权利要求1所述的水泥基复合材料,其特征在于:所述改性碳酸钙晶须为:将碳酸钙晶须、水、脂肪醇硫酸钠及三乙醇胺硼酸酯按质量比6:12:2:0.2混合均匀,超声震荡,过滤,收集滤饼,并干燥,粉碎,收集粉碎物,即可得改性碳酸钙晶须。
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