CN111499296A - 一种抗冲击性能佳的建筑复合板及其制备方法 - Google Patents

一种抗冲击性能佳的建筑复合板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗冲击性能佳的建筑复合板及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明研制的产品包括40～50份水泥，10～20份植物纤维，8～10份氧化石墨烯，4～6份聚丙烯酸锌共混橡胶，30～50份河砂。在制备产品时，将水泥，预处理植物纤维，氧化石墨烯，聚丙烯酸锌共混橡胶，河砂干混后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌捏合后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌混合均匀后，出料，浇筑，养护，即得产品。本发明所得产品具有良好的抗冲击性能，且遇水后抗冲击性能仍然可以得以良好保留。

Description

一种抗冲击性能佳的建筑复合板及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体是一种抗冲击性能佳的建筑复合板及其制备方法。
背景技术
水泥基建筑板材以水泥作为胶凝材料，通常包含混凝土，水泥砂浆等，它是一种价格低廉，应用广泛且用量大，适用性强的建筑材料，被大量应用于建筑行业，然而脆性大，破坏突然，且失效时容易产生剥落和大量碎片，容易对人和建筑设备产生危险，同时它还具有抗裂性能差，拉伸轻度低，自重大和极限伸长率低的却新鲜，经常导致结构或者构件的性能减弱，限制了它在建筑领域中材料的适用范围以及更深远的发展。
有研究表明，向其中掺入纤维能够有效改善水泥基材料的缺陷，纤维的加入在基体内部起到桥接作用，当基体发生破坏时，纤维在内部传递一定的应力，延缓了基体破坏的时间，有效的改善了水泥基材的脆性。而植物纤维水泥基复合板是其中的一种，将植物纤维和水泥基材料结合，一方面解决了农作物秸秆的废弃利用问题，一方面获得了具有重量轻、保温隔热和吸声特性的水泥基复合材料，不仅提高了秸秆的综合利用率，它还为植物纤维水泥基复合材料提供了更广阔的的发展前景。
然而，植物纤维最大的问题便是难以长期保持稳定，且水泥体系为碱性体系，在长期使用过程中，碱性体系容易使内部分散的植物纤维发生降解，从而使植物纤维的补强效果随着使用寿命的延长逐渐退化，因此，如何提升植物纤维在水泥体系中的长期稳定性，是本领域技术人员亟待解决的技术难题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗冲击性能佳的建筑复合板及其制备方法，以解决现有技术中的建筑复合板因植物纤维的降解引起的产品抗冲击性能下降的弊端。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种抗冲击性能佳的建筑复合板，包括以下重量份数的原料组成：40～50份水泥，10～20份植物纤维，8～10份氧化石墨烯，4～6份聚丙烯酸锌共混橡胶，30～50份河砂。
进一步的，所述植物纤维表面吸附有纳米二氧化硅。
进一步的，所述植物纤维和纳米二氧化硅之间通过硅烷偶联剂连接。
进一步的，所述植物纤维为：苎麻纤维、稻壳纤维、椰壳纤维、剑麻纤维中的任意一种。
进一步的，所述植物纤维为长纤和短纤按质量比为1：1～1：10复配而成。
进一步的，所述长纤为长径比为10：1～100：1的纤维；所述短纤为长径比为2：1～5：1的纤维。
进一步的，所述聚丙烯酸锌共混橡胶是由聚丙烯酸锌和橡胶按质量比为1：1～1：10共混而成。
进一步的，所述橡胶为天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶中的任意一种。
一种抗冲击性能佳的建筑复合板的制备方法，具体制备步骤包括：
(1)准备原料；
(2)混料：将水泥，植物纤维，氧化石墨烯，聚丙烯酸锌共混橡胶，河砂干混后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌捏合后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌混合均匀后，出料，浇筑，养护，即得产品。
进一步的，所述具体制备步骤包括：
(1)准备原料；
(2)植物纤维预处理：先将植物纤维分散于硅烷偶联剂的乙醇溶液中，加热搅拌反应后，再加入植物纤维质量1～10％的纳米二氧化硅，继续加热搅拌反应后，过滤，洗涤和干燥，得预处理植物纤维；
混料：将水泥，预处理植物纤维，氧化石墨烯，聚丙烯酸锌共混橡胶，河砂干混后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌捏合后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌混合均匀后，出料，浇筑，养护，即得产品。
有益效果为：
(1)本发明技术方案通过在水泥基植物纤维板材中添加片状结构的氧化石墨烯，首先，氧化石墨烯分子结构中具有共轭区和边缘区，其共轭区呈疏水状态，边缘区由于含有羧基等极性官能团导致其呈亲水状态，由此引起氧化石墨烯成为片状的且具有乳化性能的填料，当添加至水泥体系中后，石墨烯片状结构和植物纤维的纤维状结构良好配合，将内部空隙填充，起到初期良好的应力分散和抗冲击效果，随着使用寿命的延长，水分的疏水的共轭区可起到良好的阻止水分侵袭的作用，避免水分通过毛细孔向水泥板材内部的扩散，从而减少了水分因素对内部植物纤维的干扰，起到良好的延长寿命的作用；另外，本发明技术方案还辅以聚丙烯酸锌共混橡胶，即使有少量水分渗透进入，可优先被聚丙烯酸锌吸收，吸收后产生膨胀，而膨胀后仍然能保持橡胶特有的弹性和强度，并且膨胀后可有效挤压内部微孔或通道，避免水份进一步渗透通过，实现良好的防水效果，进一步避免水分的侵袭；
(2)本发明技术方案通过在植物纤维表面通过硅烷偶联剂的作用桥接纳米二氧化硅，首先，硅烷偶联剂的有机链段本申请就可以提供良好的防水和抗水泥作用，有效避免植物纤维在水泥体系下的降解，其次，引入的纳米二氧化硅可进一步在纤维表面构建无机保护层，且纳米二氧化硅可部分参与水泥的水化作用，使植物纤维和水泥胶凝体系形成有机整体，在受到外力冲击时候，可快速将应力分散，起到巩固产品抗冲击性能的作用；另外，本发明今年一步采用特殊长径比的长纤维和短纤维配合，长纤维起到桥接整体的作用，而短纤维则起到局部补强的作用，同等质量的添加量，短纤维的填充致密度更高，且裂缝的扩散往往是从细微处开始，短纤维的高密度分散，可有效避免细微裂缝的扩展，使产品的使用寿命得以有效延长。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
按质量比为1：10～1：20将植物纤维和硅烷偶联剂的乙醇溶液混合倒入反应釜中；于温度为55～65℃，转速为300～800r/min条件下，加热搅拌反应3～5h后，再向反应釜中加入植物纤维质量1～10％的纳米二氧化硅，继续于温度为55～65℃，转速为300～800r/min条件下，加热搅拌反应3～5h，过滤，收集滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼3～5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为100～110℃条件下干燥至恒重，得预处理植物纤维；
所述植物纤维为苎麻纤维、稻壳纤维、椰壳纤维、剑麻纤维中的任意一种；所述植物纤维为长纤和短纤按质量比为1：1～1：10复配而成；所述长纤为长径比为10：1～100：1的纤维；所述短纤为长径比为2：1～5：1的纤维。
按重量份数计，依次取40～50份42.5#普通硅酸盐水泥，10～20份预处理植物纤维，8～10份氧化石墨烯，4～6份聚丙烯酸锌共混橡胶，30～50份河砂；
所述聚丙烯酸钠共混橡胶为聚丙烯酸锌和橡胶按质量比为1：1～1：10共混而成；所述橡胶为天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶中的任意一种；
将水泥，预处理植物纤维，氧化石墨烯，聚丙烯酸锌共混橡胶，河砂用搅拌器于转速为200～400r/min条件下，干混搅拌1～3h后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌捏合1～3h后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，用搅拌器以300～500r/min转速搅拌混合2～3h后，出料，浇筑成型，自然养护，即得产品。
实施例1
按质量比为1：10将植物纤维和硅烷偶联剂KH-550的乙醇溶液混合倒入反应釜中；于温度为55℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌反应3h后，再向反应釜中加入植物纤维质量1％的纳米二氧化硅，继续于温度为55℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌反应3h，过滤，收集滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为100℃条件下干燥至恒重，得预处理植物纤维；
所述植物纤维为苎麻纤维；所述植物纤维为长纤和短纤按质量比为1：1复配而成；所述长纤为长径比为10：1的纤维；所述短纤为长径比为2：1的纤维。
按重量份数计，依次取40份42.5#普通硅酸盐水泥，10份预处理植物纤维，8份氧化石墨烯，4份聚丙烯酸锌共混橡胶，30份河砂；
所述聚丙烯酸钠共混橡胶为聚丙烯酸锌和橡胶按质量比为1：1共混而成；所述橡胶为天然橡胶；
将水泥，预处理植物纤维，氧化石墨烯，聚丙烯酸锌共混橡胶，河砂用搅拌器于转速为200r/min条件下，干混搅拌1h后，再加入水泥质量0.5倍的水，搅拌捏合1h后，再加入水泥质量0.5倍的水，用搅拌器以300r/min转速搅拌混合2h后，出料，浇筑成型，自然养护，即得产品。
实施例2
按质量比为1：15将植物纤维和硅烷偶联剂KH-560的乙醇溶液混合倒入反应釜中；于温度为60℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌反应4h后，再向反应釜中加入植物纤维质量5的纳米二氧化硅，继续于温度为60℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌反应4h，过滤，收集滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼4次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得预处理植物纤维；
所述植物纤维为稻壳纤维；所述植物纤维为长纤和短纤按质量比为1：5复配而成；所述长纤为长径比为50：1的纤维；所述短纤为长径比为4：1的纤维。
按重量份数计，依次取45份42.5#普通硅酸盐水泥，15份预处理植物纤维，9份氧化石墨烯，5份聚丙烯酸锌共混橡胶，40份河砂；
所述聚丙烯酸钠共混橡胶为聚丙烯酸锌和橡胶按质量比为1：5共混而成；所述橡胶为丁苯橡胶；
将水泥，预处理植物纤维，氧化石墨烯，聚丙烯酸锌共混橡胶，河砂用搅拌器于转速为300r/min条件下，干混搅拌2h后，再加入水泥质量0.6倍的水，搅拌捏合2h后，再加入水泥质量0.6倍的水，用搅拌器以400r/min转速搅拌混合2.5h后，出料，浇筑成型，自然养护，即得产品。
实施例3
按质量比为1：20将植物纤维和硅烷偶联剂KH-570的乙醇溶液混合倒入反应釜中；于温度为65℃，转速为800r/min条件下，加热搅拌反应5h后，再向反应釜中加入植物纤维质量10％的纳米二氧化硅，继续于温度为65℃，转速为800r/min条件下，加热搅拌反应5h，过滤，收集滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得预处理植物纤维；
所述植物纤维为椰壳纤维；所述植物纤维为长纤和短纤按质量比为1：10复配而成；所述长纤为长径比为100：1的纤维；所述短纤为长径比为5：1的纤维。
按重量份数计，依次取50份42.5#普通硅酸盐水泥，20份预处理植物纤维，10份氧化石墨烯，6份聚丙烯酸锌共混橡胶，50份河砂；
所述聚丙烯酸钠共混橡胶为聚丙烯酸锌和橡胶按质量比为1：10共混而成；所述橡胶为丁腈橡胶；
将水泥，预处理植物纤维，氧化石墨烯，聚丙烯酸锌共混橡胶，河砂用搅拌器于转速为400r/min条件下，干混搅拌3h后，再加入水泥质量0.8倍的水，搅拌捏合3h后，再加入水泥质量0.8倍的水，用搅拌器以500r/min转速搅拌混合3h后，出料，浇筑成型，自然养护，即得产品。
对比例1
本对比例和实施例1相比，区别在于，未加入氧化石墨烯，其余条件保持不变。
对比例2
本对比例和实施例1相比，区别在于，未加入聚丙烯酸锌共混橡胶，其余条件保持不变。
对比例3
本对比例和实施例1相比，区别在于，植物纤维表面未通过硅烷偶联剂桥接纳米二氧化硅，其余条件保持不变。
对比例4
本对比例和实施例1相比，区别在于，植物纤维为单一的长纤维，未加入短纤维，其余条件保持不变。
将实施例1-3及对比例1-4所得产品进行性能测试，具体测试方式和测试结果如下所述：
选用Instronceast9350落锤冲击试验机进行抗冲击性能测试。采取四边简支的支撑方式，冲击速度为1.5m/s，分别对实施例和对比例产品(试件尺寸为150*150*20mm)进行同一冲击速度下完全破裂所需的冲击次数进行统计，结果如表1所示：
另外，将实施例和对比例产品泡水10min后，再次进行上述实验测试，测试结果如表1所示：
表1：产品性能测试表
Figure BDA0002426043750000101
由表1检测结果可知，本发明所得产品具有良好的抗冲击性能，且即使遇水后，抗冲击性能保持优良，不会发生明显向将，而对比例产品不仅抗冲击性能下降明显，泡水后，基本首次冲击试验就直接遭到完全破坏。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种抗冲击性能佳的建筑复合板，其特征在于，包括以下重量份数的原料组成：40～50份水泥，10～20份植物纤维，8～10份氧化石墨烯，4～6份聚丙烯酸锌共混橡胶，30～50份河砂。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲击性能佳的建筑复合板，其特征在于，所述植物纤维表面吸附有纳米二氧化硅。
3.根据权利要求2所述的一种抗冲击性能佳的建筑复合板，其特征在于，所述植物纤维和纳米二氧化硅之间通过硅烷偶联剂连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种抗冲击性能佳的建筑复合板，其特征在于，所述植物纤维为：苎麻纤维、稻壳纤维、椰壳纤维、剑麻纤维中的任意一种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种抗冲击性能佳的建筑复合板，其特征在于，所述植物纤维为长纤和短纤按质量比为1：1～1：10复配而成。
6.根据权利要求5所述的一种抗冲击性能佳的建筑复合板，其特征在于，所述长纤为长径比为10：1～100：1的纤维；所述短纤为长径比为2：1～5：1的纤维。
7.根据权利要求1所述的一种抗冲击性能佳的建筑复合板，其特征在于，所述聚丙烯酸锌共混橡胶是由聚丙烯酸锌和橡胶按质量比为1：1～1：10共混而成。
8.根据权利要求5所述的一种抗冲击性能佳的建筑复合板，其特征在于，所述橡胶为天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶中的任意一种。
9.一种抗冲击性能佳的建筑复合板的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：
(1)准备原料；
(2)混料：将水泥，植物纤维，氧化石墨烯，聚丙烯酸锌共混橡胶，河砂干混后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌捏合后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌混合均匀后，出料，浇筑，养护，即得产品。
10.根据权利要求9所述的一种抗冲击性能佳的建筑复合板的制备方法，其特征在于，所述具体制备步骤包括：
(1)准备原料；
(2)植物纤维预处理：先将植物纤维分散于硅烷偶联剂的乙醇溶液中，加热搅拌反应后，再加入植物纤维质量1～10％的纳米二氧化硅，继续加热搅拌反应后，过滤，洗涤和干燥，得预处理植物纤维；
(3)混料：将水泥，预处理植物纤维，氧化石墨烯，聚丙烯酸锌共混橡胶，河砂干混后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌捏合后，再加入水泥质量0.5～0.8倍的水，搅拌混合均匀后，出料，浇筑，养护，即得产品。
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