CN109776059B

CN109776059B - 基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109776059B
Application number: CN201910151762.4A
Authority: CN
Inventors: 王赟
Original assignee: Shaanxi University of Technology
Current assignee: Shaanxi University of Technology
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: CN109776059A

Abstract

本发明公开了基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料，按照质量分数由以下原料组分构成，石灰12％～22％，填充料64％～80％，糊精浆液7.6％～14％，固化剂0.4％～1.0％；本发明还公开了该复合材料的制备方法，首先制备糊精浆液；按质量分数分别称取如下原料：石灰12％～22％，填充料64％～80％，糊精浆液7.6％～14％，固化剂0.4％～1.0％；然后，将石灰倒入填充料中，并搅拌均匀得到混合物A，再加入固化剂，形成混合物B；在糊精浆液中加入硅烷偶联剂，并一起倒入混合物B内，搅拌均匀形成基于高强度糊精灰浆的复合材料。本发明的制备方法简单、易于实施；制备的复合材料不仅强度较高，还具有较好的耐水浸泡性能。

Description

基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料，本发明还涉及上述复合材料的制备方法。

背景技术

我国村镇滑坡、泥石流等自然灾害频发，而村镇防灾治灾工作中的关键在于加固材料。

石灰在我国是一种传统的胶凝材料，由石灰、黄土、砂子及糯米汁混合可形成传统的糯米灰浆。目前，研究发现传统的糯米灰浆中的糯米具有生物矿化中的有机模板的特性，可以改变石灰浆固化时碳酸钙结晶体的微结构，使糯米浆和碳酸钙之间存在无机/有机物的相互填充和协同作用，从而改善材料性能。鉴于此，文物保护工作者对石灰/有机物复合材料进行了深入研究，但研制石灰类无机/有机材料的过程比较复杂，制备糯米灰浆时，糯米糊化需持续煮沸0.5～6小时，费时费力，且无统一标准；而且制备的石灰类无机/有机材料的强度较低，一般28天抗压强度在2MPa以下，很难应用于实地工程建设。故研制可应用于村镇防灾治灾、工程建设、文物保护的加固材料迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料，解决了现有技术中存在的石灰类无机/有机材料强度较低的问题。

本发明的另一目的是提供上述复合材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料，按照质量分数由以下原料组分构成，石灰12％～22％，填充料64％～80％，糊精浆液7.6％～14％，固化剂0.4％～1.0％。

本发明的特点还在于：

固化剂为碳酸氢钠、碳酸钠或硅酸钠中的任意一种，固化剂质量为石灰质量的3％～5％。

填充料为砂和黏土中的任意一种或者两种的任意比组合，砂为天然砂或者人工砂，砂的粒径为0.25～4.75mm。

石灰为熟石灰、消石灰或灰钙粉，石灰中氢氧化钙的质量分数不小于85％。

糊精浆液由糊精和水以质量比为1：5.3～11.5组成。

本发明所采用的另一种技术方案是，上述复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、制备糊精浆液：将糊精和水以质量比为1：5.3～11.5倒入容器，进行加热、搅拌处理，直至温度升至80℃，停止加热；

步骤2、按质量分数分别称取如下原料：

石灰12％～22％，填充料64％～80％，糊精浆液7.6％～14％，固化剂0.4％～1.0％；

步骤3、将石灰倒入填充料中，并搅拌均匀得到混合物A，再加入固化剂，形成混合物B；

步骤4、在糊精浆液中加入硅烷偶联剂，并一起倒入混合物B内，搅拌均匀，凝结固化后形成基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料。

本发明另一技术方案的特点还在于：

步骤4中，硅烷偶联剂的质量为糊精浆液质量的0.1％。

硅烷偶联剂具体为十六烷基三甲氧基硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷和正十二烷基三乙氧基硅烷。

本发明的有益效果是：

(1)、本发明基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料中的石灰、砂、粘土及糊精原料均易获得、成本低廉，且具有生态型；本发明基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料中的固化剂可加快复合材料的凝结，提高复合材料的强度；本发明采用较高浓度的糊精浆液，在易于糊化的同时，满足对无机材料的调控作用，提高复合材料的强度；本发明的糊精浆加入了偶联剂，改善了填充料与糊精浆液的相容性，提高材料的防水性能。

(2)、本发明基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料的制备方法简单、易于实施；糊精浆液易于制备，且糊精溶解充分，稠度小，渗透性强，粘性大；加入的偶联剂可以改善填充料与糊精浆液的相容性，提高材料的防水性能；本发明制备的复合材料具有较好的强度和防水性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料，按照质量分数由以下原料组分构成，石灰12％～22％，填充料64％～80％，糊精浆液7.6％～14％，固化剂0.4％～1.0％。

其中，固化剂为碳酸氢钠、碳酸钠或硅酸钠中的任意一种，固化剂质量为石灰质量的3％～5％；填充料为砂和黏土中的任意一种或者两种的任意比组合，砂为天然砂或者人工砂，其粒径为0.25～4.75mm；石灰为熟石灰、消石灰或灰钙粉，石灰中氢氧化钙的质量分数不小于85％；糊精浆液由糊精和水以质量比为1：5.3～11.5组成。

石灰，为无机胶凝材料和生物矿化中的主要矿物之一，主要作用体现在石灰浆体中的氢氧化钙从空气中吸收二氧化碳，并在有机物调控下生成较稳定的碳酸钙晶体。填充料，主要作用是构成高强度石灰/糊精灰浆复合材料的骨架，并对复合材料的体积稳定性具有重要的作用。糊精浆液，主要是为了在矿化过程中起到模板作用，即对石灰碳酸化反应的调控作用和对石灰生成的碳酸钙晶体间的协同作用。

本发明基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤2、按质量分数分别称取如下原料：

在本发明基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料的制备方法中：

步骤1的作用是通过加热来加快糊精的溶解，使其有良好的粘性，冷凝后能形成坚柔的凝胶；步骤4中加入的偶联剂改善了无机材料与糊精浆液的相容性，提高了材料的防水性能。

本发明基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料的制备方法的基本原理：

石灰浆体中的氢氧化钙从空气中吸收二氧化碳生成了碳酸钙晶体，制备的糊精浆液溶解充分，稠度小，其更易与填充料及晶体CaCO₃包裹紧密，再加入固化剂后，加快了晶体CaCO₃的形成，最后利用固化剂和糊精侧链上的负电，调控CaCO₃晶体形貌和结构，以制备出强度大、耐水浸泡的复合材料。

实施例1：

本实施例提供一种基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、制备糊精浆液：将糊精和水以1：11.5的比例倒入容器，进行加热、搅拌处理，直至温度升至80℃，停止加热，制得质量浓度为8％的糊精浆液；

步骤2、按质量分数分别称取如下原料：

石灰21.4％，砂64％，糊精浆液14％，碳酸氢钠0.6％；

步骤4、在糊精浆液中加入硅烷偶联剂，并一起倒入混合物B内，搅拌均匀形成基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料。

实施例2：

本实施例提供一种基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料的制备方法，该方法同实施例1，不同之处在于：

步骤1中，糊精和水的质量比为1：5.3，制备的糊精浆液的质量浓度为16％；

称取的原料为，石灰21.4％，砂62％，糊精浆液16％，碳酸钠0.6％。

实施例3：

步骤1中，糊精和水的质量比为1：7.3，制备的糊精浆液的质量浓度为12％；

称取的原料为，石灰12％，砂80％，糊精浆液7.6％，硅酸钠0.4％。

实施例4：

称取的原料为，石灰14.2％，黏土28.4％，砂42.6％，糊精浆液14.3％，硅酸钠0.5％，其中，黏土和砂的比例为2：3。

实施例5：

称取的原料为，石灰14.4％，黏土28.9％，砂43.3％，糊精浆液13％，硅酸钠0.43％，其中黏土和砂的比例为2：3。

对比例1：

分别称取如下原料：石灰14.4％，砂65.5％，水20.1％；将上述原料进行混合，搅拌后制得复合材料。

对比例2：

分别称取如下原料：石灰7.4％，黏土和砂共81.1％，水11.5％，其中土和砂的质量比为2：9；将上述原料进行混合，搅拌后制得复合材料。

对比例3：

分别称取如下原料：石灰14.3％，黏土和砂共71.7％，水14％，其中土和砂的质量比为2：3；将上述原料进行混合，搅拌后制得复合材料。

对比例4：

分别称取如下原料：石灰22.3％，砂67.3％，糊精浆液10.4％，将上述原料进行混合，搅拌后制得复合材料。

对比例1中无固化剂和偶联剂，石灰和砂与实施例1的比例相同。

对比例2中无固化剂和偶联剂，石灰、黏土和砂与实施例3的比例相同。

对比例3中无固化剂和偶联剂，石灰、黏土和砂与实施例4的比例相同。

对比例4中无固化剂和偶联剂，石灰和砂与实施例1的比例相同，糊精浆液浓度与实施例1的相同。

由于聚合物胶凝材料目前尚无统一的标准，依照GBT17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO)，将实施例1～实施例5制备的基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料及对比例1～对比例4制备的复合材料(40mm×40mm×160mm试块)在NYL-300型压力试验机(精度等级1级)和DKZ-5000型电动抗折试验机进行抗压和抗折强度的测定。将不同实施例对应的试块全部浸泡在水中进行耐水浸泡性测试，观察各试块开始掉皮脱落的时间。实施例1～实施例5的试验结果如表1所示，对比例1～对比例4的试验结果如表2所示。

表1、实施例1～实施例5制备的复合材料的性能汇总

表2、对比例1～对比例4制备的复合材料的性能汇总

从表1和表2的实验结果可以得出，采用本发明的石灰(胶凝材料)、填充料、糊精浆液、固化剂和偶联剂，并通过调整黏土和砂之间的比例、石灰与填充料的比例及糊精浆液的浓度，制备出了较高强度和较好耐水性的复合材料。当填充料用量增加时，抗压强度减低，添加适量黏土可提高抗折强度，糊精和加固剂的加入改善了复合材料的性能。

从表1和表2的实验结果可以得出，实施例5制备的基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料的抗压强度、抗弯强度、耐水浸泡性能俱佳，故本发明制备的基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料具有较高的抗压强度、抗折强度和耐水浸泡性能。因此，采用本发明的复合材料可获得较好的修补和加固效果。

Claims

1.基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料，其特征在于，按照质量分数由以下原料组分构成，石灰12％～22％，填充料64％～80％，糊精浆液7.6％～14％，固化剂0.4％～1.0％；

所述固化剂为碳酸氢钠、碳酸钠或硅酸钠中的任意一种，所述固化剂的质量为石灰质量的3％～5％；

所述糊精浆液由糊精和水以质量比为1：5.3～11.5组成。

2.根据权利要求1所述的基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料，其特征在于，所述填充料为砂和粘土中的任意一种或者两种的任意比组合，所述砂为天然砂或者人工砂，所述砂的粒径为0.25～4.75mm。

3.根据权利要求1所述的基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料，其特征在于，所述石灰为熟石灰、消石灰或灰钙粉，所述石灰中氢氧化钙的质量分数不小于85％。

4.如权利要求1～3任意一项所述的基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、制备糊精浆液：将水与糊精倒入容器，进行加热、搅拌处理，直至温度升至80℃，停止加热；

步骤2、按质量分数分别称取如下原料：

步骤3、将所述石灰倒入所述填充料中，并搅拌均匀得到混合物A，再加入固化剂，形成混合物B；

步骤4、在所述糊精浆液中加入硅烷偶联剂，并一起倒入所述混合物B内，搅拌均匀，凝结固化后形成基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料；

步骤4中，所述硅烷偶联剂的质量为糊精浆液质量的0.1％。

5.根据权利要求4所述的基于高强度石灰/糊精灰浆的复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂具体为十六烷基三甲氧基硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷和正十二烷基三乙氧基硅烷。