CN109650807B - 一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，其包括以下质量份的原料组分：有机硅改性粉煤灰100份，硅酸盐水泥300～500份，PVP水溶液150～250份。所述有机硅改性粉煤灰的制备方法为：将粉煤灰与有机硅按质量比5～30：1加入球磨机中，并以玛瑙球作为研磨介质进行球磨得到。本发明提供的高强水泥混凝土抗压强度达到38.5～52.2MPa，结构强度高，与普通水泥混凝土相比耐久性更好。

Description

一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土及其制备 方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展，建筑行业对建筑材料的要求越来越高，普通水泥材料有许多缺点，如脆性大，抗蚀能力不高，干缩变形大等，水在水泥和混凝土中的渗入和侵蚀也会严重影响其整体强度，进而影响其使用寿命。因此研究高强度的水泥混凝土极为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种高强水泥混凝土及其制备方法，该高强水泥混凝土利用有机硅改性粉煤灰与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共同作用提高了水泥混凝土的强度。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，其包括以下质量份的原料组分：
有机硅改性粉煤灰 100份，
硅酸盐水泥 300～500份，
PVP水溶液 150～250份；
所述有机硅改性粉煤灰的制备方法为：将粉煤灰与有机硅按质量比5～30：1加入球磨机中，并以玛瑙球作为研磨介质进行球磨得到有机硅改性粉煤灰，其中所述有机硅为(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷。
按上述方案，所述PVP水溶液质量浓度为5～15％。
按上述方案，所述玛瑙球与粉煤灰的体积比为5：1。
按上述方案，所述球磨机转速为300转/分钟，球磨时间为8小时。
本发明还包括上述改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土的制备方法，包括以下步骤：将有机硅改性粉煤灰和硅酸盐水泥按比例混合搅拌均匀得到混合样，然后在所得混合样中加入PVP水溶液，搅拌得到浆体，然后将所得浆体倒入模具中，在20±2℃、相对湿度95±5％条件下养护7天，脱模后得到高强水泥混凝土产品。
水泥和混凝土含有大量的多孔结构，本发明选用PVP溶液代替单一的水有助于填充水泥中的孔隙，提高其保水能力，防止其出现较大的收缩变形，最终使水泥模块强度有所提高，减小其孔隙，提高其性能。另外，粉煤灰可以产生胶凝系统和显著提高混凝土的可加工性，所以粉煤灰可以替代部分水泥，粉煤灰的表面为碱性，并含有一定量的硅羟基，能够与有机硅中的硅氧基键合，从而能够产生粉煤灰与有机硅分子的链接，而PVP中的有机官能团又能和有机硅中的有机官能团桥联，形成新的共价键。本发明选用(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷对粉煤灰进行改性，将有机硅分子的硅氧基一端与粉煤灰的表面链接起来，另一端有机官能团部分能够与PVP形成新的更稳定的共价键，增强其性能，加到水泥中能起到增强抗压强度的效果。聚乙烯吡咯烷酮具有高分子链状结构，与有机硅改性粉煤灰产生交联，进一步增强混凝土产品的强度。
本发明的有益效果在于：1、本发明提供的高强水泥混凝土抗压强度达到38.5～52.2MPa，结构强度高，与普通水泥混凝土相比耐久性更好；2、本发明提供的制备方法步骤简单，能够充分利用粉煤灰，无废弃物产生，适于工业推广。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，具体制备步骤如下：
第一步、将10g PVP加水至总质量为200g，搅拌、超声分散使其充分溶解，得到质量分数为5％的PVP溶液；
第二步、将300g粉煤灰与60g 3-氨丙基三乙氧基硅烷装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质，玛瑙球与粉煤灰的体积比为5：1；
第三步、橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀，球磨机转速为300转/分钟，连续球磨8小时得到有机硅改性粉煤灰；
第四步、取90g有机硅改性粉煤灰和300g普通硅酸盐水泥，搅拌使其充分混合，在上述混合样中加入144g上述制备的PVP溶液，慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，静置60秒，然后再快速搅拌30秒，得到浆体；
第五步、将上述浆体倒入模具中，在温度20±2℃、相对湿度95±5％下养护7天，脱模后即得到高强水泥混凝土产品。
对本实施例所得高强水泥混凝土产品进行抗压强度测试，测得抗压强度为52.2MPa，对比加入无有机硅修饰的同含量粉煤灰的水泥块强度提升50.87％。
实施例2
一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，具体制备步骤如下：
第一步、将10g PVP加水至总质量为200g，搅拌、超声分散使其充分溶解，得到质量分数为5％的PVP溶液；
第二步、将300g粉煤灰与20g(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质，玛瑙球与粉煤灰的体积比为5：1；
第三步、橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷混合均匀，球磨机转速为300转/分钟，连续球磨8小时得到有机硅改性粉煤灰；
第四步、取60g有机硅改性粉煤灰和300g普通硅酸盐水泥，搅拌使其充分混合，在上述混合样中加入144g上述制备的PVP溶液，慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，静置60秒，然后再快速搅拌30秒，得到浆体；
第五步、将上述浆体倒入模具中，在温度20±2℃、相对湿度95±5％下养护7天，脱模后即得到高强水泥混凝土产品。
对本实施例所得高强水泥混凝土产品进行抗压强度测试，测得抗压强度为50.3MPa，对比加入无有机硅修饰的同含量粉煤灰的水泥块强度提升45.38％。
实施例3
一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，具体制备步骤如下：
第一步、将10g PVP加水至总质量为200g，搅拌、超声分散使其充分溶解，得到质量分数为5％的PVP溶液；
第二步、将300g粉煤灰与10g(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质，玛瑙球与粉煤灰的体积比为5：1；
第三步、橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷混合均匀，球磨机转速为300转/分钟，连续球磨8小时得到有机硅改性粉煤灰；
第四步、取60g有机硅改性粉煤灰和300g普通硅酸盐水泥，搅拌使其充分混合，在上述混合样中加入144g上述制备的PVP溶液，慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，静置60秒，然后再快速搅拌30秒，得到浆体；
第五步、将上述浆体倒入模具中，在温度20±2℃、相对湿度95±5％下养护7天，脱模后即得到高强水泥混凝土产品。
对本实施例所得高强水泥混凝土产品进行抗压强度测试，测得抗压强度为42MPa，对比加入无有机硅修饰的同含量粉煤灰的水泥块强度提升21.14％。
实施例4
一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，具体制备步骤如下：
第一步、将20g PVP加水至总质量为200g，搅拌、超声分散使其充分溶解，得到质量分数为10％的PVP溶液；
第二步、将300g粉煤灰与30g(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质，玛瑙球与粉煤灰的体积比为5：1；
第三步、橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷混合均匀，球磨机转速为300转/分钟，连续球磨8小时得到有机硅改性粉煤灰；
第四步、取60g有机硅改性粉煤灰和300g普通硅酸盐水泥，搅拌使其充分混合，在上述混合样中加入144g上述制备的PVP溶液，慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，静置60秒，然后再快速搅拌30秒，得到浆体；
第五步、将上述浆体倒入模具中，在温度20±2℃、相对湿度95±5％下养护7天，脱模后即得到高强水泥混凝土产品。
对本实施例所得高强水泥混凝土产品进行抗压强度测试，测得抗压强度为38.5MPa，对比加入无有机硅修饰的同含量粉煤灰的水泥块强度提升11.27％。
实施例5
一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，具体制备步骤如下：
第一步、将16g PVP加水至总质量为200g，搅拌、超声分散使其充分溶解，得到质量分数为8％的PVP溶液；
第二步、将300g粉煤灰与30g乙烯基三甲氧基硅烷装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质，玛瑙球与粉煤灰的体积比为5：1；
第三步、橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和乙烯基三甲氧基硅烷混合均匀，球磨机转速为300转/分钟，连续球磨8小时得到有机硅改性粉煤灰；
第四步、取60g有机硅改性粉煤灰和300g普通硅酸盐水泥，搅拌使其充分混合，在上述混合样中加入144g上述制备的PVP溶液，慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，静置60秒，然后再快速搅拌30秒，得到浆体；
第五步、将上述浆体倒入模具中，在温度20±2℃、相对湿度95±5％下养护7天，脱模后即得到高强水泥混凝土产品。
对本实施例所得高强水泥混凝土产品进行抗压强度测试，测得抗压强度为41.8MPa，对比加入无有机硅修饰的同含量粉煤灰的水泥块强度提升20.81％。
实施例6
一种改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，具体制备步骤如下：
第一步、将24g PVP加水至总质量为200g，搅拌、超声分散使其充分溶解，得到质量分数为12％的PVP溶液；
第二步、将300g粉煤灰与30g 3-氨丙基三乙氧基硅烷装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质，玛瑙球与粉煤灰的体积比为5：1；
第三步、橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀，球磨机转速为300转/分钟，连续球磨8小时得到有机硅改性粉煤灰；
第四步、取60g有机硅改性粉煤灰和300g普通硅酸盐水泥，搅拌使其充分混合，在上述混合样中加入144g上述制备的PVP溶液，慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，静置60秒，然后再快速搅拌30秒，得到浆体；
第五步、将上述浆体倒入模具中，在温度20±2℃、相对湿度95±5％下养护7天，脱模后即得到高强水泥混凝土产品。
对本实施例所得高强水泥混凝土产品进行抗压强度测试，测得抗压强度为40.1MPa，对比加入无有机硅修饰的同含量粉煤灰的水泥块强度提升15.9％。

Claims (4)

1.一种由改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，其特征在于，其包括以下质量份的原料组分：
有机硅改性粉煤灰100份，
硅酸盐水泥300~500份，
聚乙烯吡咯烷酮水溶液150~250份；
所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液质量浓度为5~15%；
所述有机硅改性粉煤灰的制备方法为：将粉煤灰与有机硅按质量比5~30：1加入球磨机中，并以玛瑙球作为研磨介质进行球磨得到有机硅改性粉煤灰，其中所述有机硅为（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷。
2.根据权利要求1所述的由改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，其特征在于，所述玛瑙球与粉煤灰的体积比为5：1。
3.根据权利要求1所述的由改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土，其特征在于，所述球磨机转速为300转/分钟，球磨时间为8小时。
4.一种权利要求1-3任一所述的由改性粉煤灰与聚合物制备的高强水泥混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将有机硅改性粉煤灰和硅酸盐水泥按比例混合搅拌均匀得到混合样，然后在所得混合样中加入聚乙烯吡咯烷酮水溶液，搅拌得到浆体，然后将所得浆体倒入模具中，在20±2℃、相对湿度95±5%条件下养护7天，脱模后得到高强水泥混凝土产品。
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