CN112159159A - 一种玄武岩纤维增强地聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维增强地聚合物及其制备方法,按重量份数计,包括如下组分:粉煤灰100~400份、矿渣粉400~700份、复合激发剂500~800份、耐碱玄武岩纤维5~16份、纤维分散剂2~5份。本发明所制备的地聚合物在凝结时间上有显著提升,流动性好,并大幅提高了地聚合物的抗压、抗折强度,有效改善了地聚合物的耐水性,制备流程简易快捷,能有效的保护环境、节约成本。本发明的地聚合物适用于道路、桥梁和房屋建筑等设施的快速修建与修复等。

Description

一种玄武岩纤维增强地聚合物及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域,涉及一种玄武岩纤维增强地聚合物及其制备方法。
背景技术
玄武岩纤维作为21世纪新型矿物纤维,具有高强度、高模量、耐酸碱等优异性能,它是将玄武岩经过高温熔融、漏板拉丝形成的,整个生产过程不会产生工业废水、废气和废渣,属于环保绿色型产品。
在建筑行业中经常出现各类损害,水泥路面的裂缝、桥梁底板脱空、混凝土破损等都是常见的病害,在温度、水、荷载等条件下,如不及时处理将进一步损坏,导致结构破坏,增加工程事故的发生几率及维修养护费用。
地聚合物是指由地球化学作用或人工模仿地质合成作用而制造出的铝硅酸盐矿物聚合物,相较于传统水泥基材料,地聚合物原料来源广泛,制造过程所需能耗和排放三废都很少,材料对环境友好,可回收再利用,是一种可持续发展的“绿色环保材料”。
中国发明专利:CN110015853A,名称:超高韧性地聚合物及其制备方法,该发明能有效提高地聚合物的抗压强度和抗拉强度,但是很多应用场景有较高的抗折强度和耐水性的要求。中国发明专利:CN1114993309A,名称:一种混掺玄武岩纤维和偏高岭土的混凝土及其制备方法,该发明获得的混凝土具有抗拉、抗压、防渗的特性,但是在流动度和凝结时间方面仍需提高。中国发明专利:CN108516739A,名称:一种快凝早强型地质聚合物注浆材料及其制备方法,该注浆材料具有可注性优良及养护时间短的特点,但是地聚合物存在自身抗拉强度低、脆性大等固有弱点。
通过掺入玄武岩纤维改变材料组成,可有效提高地聚合物性能。因而,制备出一种玄武岩纤维增强地聚合物,并深入研究,拓宽其应用领域,一直是国内外研究学者所关注的焦点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玄武岩纤维增强地聚合物及其制备方法,该材料制备方法简单易行,通过掺入玄武岩纤维可大幅提高地聚合物的抗压、抗折强度,可用于道路、桥梁和房屋建筑等设施的快速修建与修复等。
为达到上述目的,本发明所述的玄武岩纤维增强地聚合物,包括粉煤灰100~400份、矿渣粉400~700份、复合激发剂500~800份、耐碱玄武岩纤维5~16份、纤维分散剂2~5份。
进一步地,粉煤灰为I级粉煤灰,其比表面积为400~500m2/kg。
进一步地,矿渣粉的比表面积为300~500m2/kg。
进一步地,复合激发剂由水玻璃、片状氢氧化钠和去离子水配制而成,每100g水玻璃加入氢氧化钠的质量,按照下式计算:
Figure BDA0002671407810000021
每100g水玻璃加入去离子水的质量,按照下式计算:
Figure BDA0002671407810000022
其中,a1为水玻璃中二氧化硅含量的百分数,a2为水玻璃中氧化钠含量的百分数,M1为二氧化硅的摩尔质量,M2为氧化钠的摩尔质量,b为复合激发剂的模数,c为复合激发剂中水玻璃浓度。
进一步地,水玻璃的模数是3.0~3.3,复合激发剂中水玻璃的浓度是35~40wt%,复合激发剂模数为1.2~1.5,复合激发剂模数是通过在水玻璃中加入片状氢氧化钠控制。
进一步地,耐碱玄武岩纤维通过将玄武岩纤维表面以环氧树脂改性得到,其长度为6~12mm,直径为13~16μm,抗拉强度为1600~2500MPa,断裂伸长率为3~5%。
进一步地,纤维分散剂为聚丙烯酰胺、偏硅酸钠、三聚磷酸钠的一种或几种。
本发明所述的玄武岩纤维增强地聚合物的制备方法,包括如下步骤:(1)将粉煤灰、矿渣粉、耐碱玄武岩纤维、纤维分散剂置入搅拌机干拌50~80s;(2)缓慢加入复合激发剂,继续以3~5s/r的速度搅拌150~200s后,再以1~2s/r的速度搅拌50~80s,得到地聚合物;(3)将地聚合物浇筑入模并充分振捣;(4)浇筑入模10~20h后,进行40~60℃恒温水浴养护12~48h,再进行标准养护至28d龄期以上。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
(1)综合性能提升。与传统地聚合物相比,掺入耐碱玄武岩纤维,填充了内部结构,增加了密实度,为地聚合物加筋,起到了抑制裂缝产生、扩展的作用,提高了地聚合物的抗压强度、抗折强度和耐水性。
(2)施工和易性好。与水泥基材料相比,本产品流动性好,大大缩减了凝结时间,具有可注性良好和养护时间短的特点,且制备方式简单易行,只需将准备好的原材料混合搅拌即可。
(3)减少环境污染。本产品使用的粉煤灰和矿渣粉都为工业废料,玄武岩纤维在整个生产过程中也无三废排放,是一种低碳排放的环保型材料。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
本发明所述的玄武岩纤维增强地聚合物包括粉煤灰100~400份、矿渣粉400~700份、复合激发剂500~800份、耐碱玄武岩纤维5~16份、纤维分散剂2~5份。
上述地聚合物的制备方法,具体步骤如下:(1)按重量份称好各组分的原料;(2)将粉煤灰、矿渣粉、耐碱玄武岩纤维、纤维分散剂置入搅拌机干拌50~80s;(3)缓慢加入复合激发剂,继续以3~5s/r的速度搅拌150~200s后,再以1~2s/r的速度搅拌50~80s,得到地聚合物;(4)将地聚合物浇筑入模并充分振捣;(5)浇筑入模10~20h后,进行40~60℃恒温水浴养护12~48h,再进行标准养护至28d龄期以上。
实施例1:一种玄武岩纤维增强地聚合物,包括以下组分:粉煤灰300份、矿渣粉500份、复合激发剂600份(模数1.3、水玻璃浓度36wt%)。
实施例2:一种玄武岩纤维增强地聚合物,包括以下组分:粉煤灰300份、矿渣粉500份、复合激发剂600份(模数1.3、水玻璃浓度36wt%)、耐碱玄武岩纤维8份(长度6mm)、纤维分散剂(偏硅酸钠和三聚磷酸钠按1:1的质量比例混合)3份。
实施例3:一种玄武岩纤维增强地聚合物,包括以下组分:粉煤灰300份、矿渣粉500份、复合激发剂600份(模数1.3、水玻璃浓度36wt%)、耐碱玄武岩纤维8份(长度9mm)、纤维分散剂(偏硅酸钠和三聚磷酸钠按1:1的质量比例混合)3份。
实施例4:一种玄武岩纤维增强地聚合物,包括以下组分:粉煤灰300份、矿渣粉500份、复合激发剂600份(模数1.3、水玻璃浓度36wt%)、耐碱玄武岩纤维8份(长度12mm)纤维分散剂(偏硅酸钠和三聚磷酸钠按1:1的质量比例混合)3份。
实施例5:一种玄武岩纤维增强地聚合物,包括以下组分:粉煤灰200份、矿渣粉600份、复合激发剂700份(模数1.4、水玻璃浓度38wt%)、耐碱玄武岩纤维8份(长度12mm)、纤维分散剂(偏硅酸钠和三聚磷酸钠按1:1的质量比例混合)3份。
实施例6:一种玄武岩纤维增强地聚合物,包括以下组分:粉煤灰400份、矿渣粉400份、复合激发剂700份(模数1.4、水玻璃浓度38wt%)、耐碱玄武岩纤维8份(长度12mm)、纤维分散剂(偏硅酸钠和三聚磷酸钠按1:1的质量比例混合)3份。
实施例1~实施例6的相关测试参数,结果如表1所示:
抗压强度、抗折强度试验:参照《水泥胶砂强度试验(ISO法)》GB/T 17671中的相关测试方法进行测定。凝结时间试验:参照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T 1346中的相关测试方法进行测定。流动度试验:参照《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50中的相关测试方法进行测定。耐水性试验:参照《城镇道路改性地聚合物注浆加固技术规程》DGJ32/TJ 225-2017中的相关测试方法进行测定。
表1玄武岩纤维增强地聚合物性能测试参数
Figure BDA0002671407810000041

Claims (8)

1.一种玄武岩纤维增强地聚合物,其特征在于,包括粉煤灰100~400份、矿渣粉400~700份、复合激发剂500~800份、耐碱玄武岩纤维5~16份、纤维分散剂2~5份。
2.如权利要求1所述的地聚合物,其特征在于,粉煤灰为I级粉煤灰,其比表面积为400~500m2/kg。
3.如权利要求1所述的地聚合物,其特征在于,矿渣粉的比表面积为300~500m2/kg。
4.如权利要求1所述的地聚合物,其特征在于,复合激发剂由水玻璃、片状氢氧化钠和去离子水配制而成,每100g水玻璃加入氢氧化钠的质量,按照下式计算:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
每100g水玻璃加入去离子水的质量,按照下式计算:
Figure 768241DEST_PATH_IMAGE002
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为水玻璃中二氧化硅含量的百分数,
Figure 293768DEST_PATH_IMAGE004
为水玻璃中氧化钠含量的百分数,
Figure 888697DEST_PATH_IMAGE005
为 二氧化硅的摩尔质量,
Figure 182538DEST_PATH_IMAGE006
为氧化钠的摩尔质量,
Figure 710471DEST_PATH_IMAGE008
为复合激发剂的模数,
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为复合激发剂中水 玻璃浓度。
5.如权利要求1所述的地聚合物,其特征在于,水玻璃的模数是3.0~3.3,复合激发剂中水玻璃的浓度是35~40wt%,复合激发剂模数为1.2~1.5。
6.如权利要求1所述的地聚合物,其特征在于,耐碱玄武岩纤维通过将玄武岩纤维表面以环氧树脂改性得到,其长度为6~12mm,直径为13~16μm,抗拉强度为1600~2500MPa,断裂伸长率为3~5%。
7.如权利要求1所述的地聚合物,其特征在于,纤维分散剂为聚丙烯酰胺、偏硅酸钠、三聚磷酸钠的一种或几种。
8.如权利要求1-7任一所述的玄武岩纤维增强地聚合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)将粉煤灰、矿渣粉、耐碱玄武岩纤维、纤维分散剂置入搅拌机干拌50~80s;(2)缓慢加入复合激发剂,继续以3~5s/r的速度搅拌150~200s后,再以1~2s/r的速度搅拌50~80s,得到地聚合物;(3)将地聚合物浇筑入模并充分振捣;(4)浇筑入模10~20h后,进行40~60℃恒温水浴养护12~48h,再进行标准养护至28d龄期以上。
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