CN108774035A - 纳米凹凸棒土粘结复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米凹凸棒土改性粘结复合材料的制备方法，技术方案为先将纳米凹凸棒土颗粒用稀盐酸溶液20重量份初步改性得纳米凹凸棒土；再置于N,N‑二甲基甲酰胺溶液中加入改性剂进一步改性，得到氟化纳米凹凸棒土；将湿磨钢渣与水、水泥、高铝酸盐水泥、触变润滑剂、脱硫石膏和可分散乳液粉混合搅拌均匀得到浆体；将所述浆体与氟化纳米凹凸棒土混合后中得纳米凹凸棒土改性粘结复合材料。本发明工艺简单、生产成本低、粘接强度高、抗压强度高、耐水性能好，特别适用于作为装配式建筑的外墙构件拼接缝处理的胶凝材料。

Description

纳米凹凸棒土粘结复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体的说是一种纳米凹凸棒土粘结复合材料的制备方法。

背景技术

近几年国家提出了建筑市场的相关政策，鼓励装配式可持续建筑的发展；在国家大力提倡节能减排的政策之下，随着相关政策标准的不断完善，我国建筑业正向着绿色建筑和建筑产业现代化发展转型，作为建筑产业化重要载体的装配式建筑将进入新的发展时期。随着装配式建筑行业的兴起，出现了一系列问题制约着装配式建筑行业的快速发展。装配式建筑的外墙构件在拼接后会产生很多的拼接缝，不可避免的会遇到处理拼接缝的难题。

现有的装配式制构件灌浆密封材料的粘接强度差和耐水性差。为改变这种现状，需要对装配式灌浆密封材料进行研究与改性，提供一种满足实际施工需要的灌浆密封材料。

专利CN106747065A公开了一种防水粘结材料，该防水粘结材料含有以下重量份的组分，硅酸盐水泥100重量份，超细矿渣粉5-50重量份，脱销粉煤灰5-20重量份，河砂150-300重量份，钢渣粗粉10-30重量份，细钢渣颗粒20-80重量份，乳胶粉3-10重量份，纤维素醚0.6-1.0重量份，消泡剂0.05-0.16重量份，超分散剂0.2-0.8重量份。该方案中主要加了超细矿渣、脱销粉煤灰、细钢渣，由于这些矿物掺合料的细度和界面属性不同，纯在颗粒分散不均匀、颗粒堆积不紧密等问题，不能达到较高强度。

专利CN103496936A公开了一种装配式构件拼接缝石膏基密封材料及其应用，其组分(重量)为：废石膏100，活性矿物掺合料20-200，减水剂0.01-10，激发剂0.1-50，调凝剂0-10，粘接剂0-30，引气剂0-10，保塑剂0.01-30，憎水剂0.01-10，淀粉酶0-5，触变润滑剂0-10，粉末填料0-150，骨料0-300。该方案中原料中废石膏的掺量较大，由于石膏本身强度较水泥低很多，而且引气剂引入对气泡的均匀性的控制极为重要，这需要增加额外的技术来控制，不能实现简单工艺化。

专利CN101633830公开了一种能应用于水厂净配水池接缝、滤池滤板间、污水处理厂的污水池伸缩缝等各种贮液构筑物变形缝的防水密封粘结材料，该材料是由1份硅酸盐水泥、1.2-1.5份细砂、0.002-0.008份高效减水剂、0.02-0.06份硅微粉、0.01-0.04份矿渣微粉、0.03-0.08份可再分散性乳胶粉及0.01-0.04份阻裂纤维混合而成。该方案由于材料的优良属性不明显，而且还需要通过掺外加剂来解决材料本身缺陷，因此存在造价高的缺点，无法实现工业化应用。

因此，需要开发出一种能够更多利用工业废料、生产成本低、工艺简单、制得的粘结材料性能更加优异的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种粘接强度高、抗压强度高、耐水性能好、生产成本低、生产工艺简单、对环境友好的纳米凹凸棒土改性复合材料及其制备方法。

本发明方法具体实施步骤如下：

1)将纳米凹凸棒土颗粒10-15重量份和稀盐酸溶液20重量份中于超声波条件下混合搅拌20-30min，然后真空抽滤，得到初步改性的纳米凹凸棒土；

2)将初步改性的纳米凹凸棒土颗粒加入5-25重量份N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中混合搅拌均匀，然后加入改性剂3-5重量份，反应20-40min,得到混合物,将混合物蒸馏除去溶剂和低沸点的物质，得到氟化纳米凹凸棒土；

3)取为20-40重量份钢渣，加10-20重量份水和1-3重量份聚羧酸高效减水剂进行湿磨得到湿磨钢渣,将湿磨钢渣置于搅拌机，加水25-30重量份、水泥100重量份、高铝酸盐水泥5-10重量份、触变润滑剂1-3重量份、脱硫石膏3-5重量份和可分散乳液粉1-3重量份，混合搅拌均匀得到浆体；

4)将步骤3)中的浆体与步骤2)中制备的氟化纳米凹凸棒土混合搅拌均匀得纳米凹凸棒土改性粘结复合材料。

所述步骤(1)中，纳米凹凸棒土颗粒直径为20-30nm，长度1-2um。

所述步骤(1)中，稀盐酸浓度为1-3mol/L

所述步骤(2)中,改性剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷((CH₃O)₃SiCH₂CH₂(CF₂)₈F)。

所述步骤(2)中,混合物蒸馏温度为300-500℃。

所述步骤3)中，湿磨钢渣的颗粒粒径≤6μm。

针对背景技术中的问题，发明人引入了纳米凹凸棒土，纳米凹凸棒土是一种具有链层状分子结构的纳米含水富镁，铝硅酸盐矿物。凹凸棒黏土由凹凸棒石晶体组成，独特的纳米纤维状微结构赋予了其比表面积大、吸附性强、耐盐碱性好和补强性能优等理化性质。但由于本发明是要制备一种复合材料，存在与其它矿物掺合料界面属性不同、分散性差的问题，发明人对纳米凹凸棒土进行了两步改性，先使将纳米凹凸棒土颗粒与稀盐酸超声下混合，使其表面活化，带有大量羟基便于改性反应；然后在有机溶剂(N,N-二甲基甲酰胺)DMF中，利用十七氟癸基三甲氧硅烷水解后释放低分子醇，由此产生活泼性硅醇，能与纳米凹凸棒土表面的硅羟基基团和纳米凹凸棒土结构中的Si-O和Al-O产生化学键合，在纳米凹凸棒土表面形成自组装的单分子氟硅膜层，最终得到氟化改性纳米凹凸棒土，其分散性能良好，并赋予纳米凹凸棒土优良的化学耐性。

由于纳米凹凸棒本身独特的纳米纤维状微结构赋予了其比表面积大，吸附性强和补强性能优量的特性，利用纳米凹凸棒土与无机胶凝组分优良结合作用，分散良好的氟化改性纳米凹凸棒土能作用在无机结构的孔隙和表界面处，使材料表现出优良的化学耐性，从而达到深层次的长期的憎水防污保护，进一步增强了复合材料的防水和耐水性能，所述纳米凹凸棒土颗粒的添加量优选在10-15重量份，过多会会出现部分纳米凹凸棒土颗粒未充分改性，过少会出现纳米凹凸棒土颗粒酸化溶解破坏其结构。

利钢渣代替一部分水泥熟料，既节约了水泥降低生产成本，又提高了混凝土的性能。钢渣经过湿磨磨至微米级别，进一步增大了钢渣的活性和表面能，提高了钢渣参与水化反应的活性。湿磨过后的钢渣具有更强的微集料效应，这些细小粒径的钢渣填充在水泥石中的空隙里，使整个胶凝材料体系有更好的堆积级配，整个体系更加的密实，从而使水泥石有更高的强度。

所述触变润滑剂的作用是增加灌浆料的施工性能和抗流挂性，防止自流平水泥分层，可以选自硅酸镁铝触变润滑剂PT-CZ01、PT—CZ11或PT—Z08；添加脱硫石膏利用自身的微膨胀与胶凝材料自身的收缩互相作用，从而减少干燥收缩同时增加竖向膨胀率，添加量3-5重量份，过多会引起硬化浆体膨胀开裂，使其强度降低，过少会产生干燥收缩，导致竖向膨胀率降低；可分散乳液粉的作用是分散乳胶粉分散后会成膜，成膜的聚合物树脂作为增强材料分布与整个胶凝体系中，从而增加了胶凝材料的内聚力，可以选自醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉。

有益效果：

本发明制备工艺简单、生产成本低、粘接强度高、抗压强度高、耐水性能好，特别适用于作为装配式建筑的外墙构件拼接缝处理的胶凝材料，具有广阔的市场前景。

具体实施方式

工艺步骤:

1)将纳米凹凸棒土颗粒(直径为20-30nm，长度1-2um)10-15重量份置于烧杯中，加入20重量份的稀盐酸溶液中，于超声波条件(超声条件为50～100Hz)下混合搅拌20-30min，真空抽滤，并得到初步改性的纳米凹凸棒土；

2)将初步改性的纳米凹凸棒土放入5-25重量份(N,N-二甲基甲酰胺)DMF中，混合搅拌均匀，加入改性剂3-5重量份，反应20-40min；将上述混合物在300-500℃恒温蒸发除去溶剂和低沸点的物质，得到氟化纳米凹凸棒土；

3)取重量分数为20-40份钢渣，10-20份水，1-3份聚羧酸高效减水剂经过湿磨至粒径小于等于6μm得到湿磨钢渣；得到的湿磨钢渣置于搅拌机，按重量份添加水25-30份，水泥100份，高铝酸盐水泥5-10份，触变润滑剂1-3份，脱硫石膏3-5份，可分散乳液粉1-3份，搅拌2min的浆体。

4)将步骤3)中的浆体1与步骤2)中制备的氟化纳米凹凸棒土置于搅拌机中搅拌2min中得纳米凹凸棒土改性粘结复合材料。

上述工艺步骤中所述稀盐酸其浓度为1-3mol/L

比较例1：

除不对纳米凹凸棒土颗粒改性外，其他步骤同实施例1。

比较例2：

除不对钢渣进行湿磨外，其他同实施例1。

表1：实施例1-实施例6各组份配比表(重量份数)：

表2：实施例1-6和比较例1、2的性能数据

由上表中可以看出：由比较例1看出3d粘结强度有所下降，但可以满足实验指标，软化系数有大幅度下降，远低于实验指标，其他指标无明显变化；比较例2看出软化系数明显下降，28d抗压强度也大幅下降，软化系数和28抗压强度均达不到试验指标，其他指标无明显变化。综上：加入十七氟癸基三甲氧基硅烷对纳米凹凸棒颗粒改性,对粘结强度和软化系数有明显影响，尤其是对软化系数有大幅的提高；而对钢渣和矿渣进行湿磨对强度和软化系数有明显影响，尤其是对强度有很大的提高。

Claims (6)

1.一种纳米凹凸棒土改性粘结复合材料的制备方法，其特征在于：具体实施步骤如下：

1)将纳米凹凸棒土颗粒10-15重量份和稀盐酸溶液20重量份中于超声波条件下混合搅拌20-30min，然后真空抽滤，得到初步改性的纳米凹凸棒土；

2)将初步改性的纳米凹凸棒土颗粒加入5-25重量份N,N-二甲基甲酰胺溶液中混合搅拌均匀，然后加入改性剂3-5重量份，反应20-40min,得到混合物,将混合物蒸馏除去溶剂和低沸点的物质，得到氟化纳米凹凸棒土；

3)取为20-40重量份钢渣，加10-20重量份水和1-3重量份聚羧酸高效减水剂进行湿磨得到湿磨钢渣,将湿磨钢渣置于搅拌机，加水25-30重量份、水泥100重量份、高铝酸盐水泥5-10重量份、触变润滑剂1-3重量份、脱硫石膏3-5重量份和可分散乳液粉1-3重量份，混合搅拌均匀得到浆体；

4)将步骤3)中的浆体与步骤2)中制备的氟化纳米凹凸棒土混合搅拌均匀中得纳米凹凸棒土改性粘结复合材料。

2.根据权利要求1所述的纳米凹凸棒土粘结改性复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，纳米凹凸棒土颗粒直径为20-30nm，长度1-2um。

3.根据权利要求1所述的纳米凹凸棒土粘结改性复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，稀盐酸浓度为1-3mol/L。

4.根据权利要求1所述的纳米凹凸棒土粘结改性复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中,改性剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷((CH₃O)₃SiCH₂CH₂(CF₂)₈F)。

5.根据权利要求1所述的纳米凹凸棒土粘结复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中,混合物蒸馏温度为300-500℃。

6.根据权利要求1所述的纳米凹凸棒土粘结复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，湿磨钢渣的颗粒粒径≤6μm。