CN114409307B - 一种高强高韧的聚氨酯混凝土及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种高强高韧的聚氨酯混凝土及制备方法和应用，本发明属于土木建筑和交通运输工程领域，具体涉及一种聚氨酯混凝土的制备方法。本发明的目的是要解决现有聚氨酯混凝土仍然存在使用水泥量高、拉伸强度和韧度低、耐低温冲击性和耐水性差的问题。一种高强高韧的聚氨酯混凝土按重量份数由多异氰酸酯、低聚物多元醇、扩链剂、催化剂、分子筛活化粉、有机硅、粉煤灰、细骨料、粗骨料、碳纤维粉和壳聚糖表面接枝超支化聚合物制备而成。一种高强高韧的聚氨酯混凝土用作道路铺面材料和桥梁铺装材料、用作快速固化材料修复凝土路面裂缝、坑槽或用作做加固材料快速修复混凝土房屋或桥梁结构。本发明可获得一种高强高韧的聚氨酯混凝土。

Description

一种高强高韧的聚氨酯混凝土及制备方法和应用
技术领域
本发明属于土木建筑和交通运输工程领域，具体涉及一种聚氨酯混凝土的制备方法。
背景技术
众所周知，混凝土材料是基础建设中最常见的一种材料，是应用最广泛的建筑材料之一。传统混凝土材料一般采用水泥、细骨料(砂)、粗骨料(石子)、水和外加剂等按照一定的比例制备形成的无机复合材料。但是传统混凝土是一种多孔性的脆性材料，抗压强度大，抗拉强度低，抗冲击、抗疲劳性能比较差，目前多采用不同类型的纤维对混凝土进行增韧，增加其抗拉强度，但是纤维增强混凝土会导致混凝土密度增大。水泥是传统混凝土材料的胶凝材料，在生产水泥的过程会产生大量二氧化碳，碳排放量比较大。应该加快推进绿色建材产品的认证和应用推广，加强新型胶凝材料、低碳混凝土、木竹建材等可持续建材产品的研发应用。采用聚氨酯代替水泥作为胶凝材料，不仅可以提高混凝土的抗拉强度，而且可以降低混凝土的密度，同时聚氨酯的生产过程二氧化碳排放量非常低，因此聚氨酯增韧混凝土复合材料是一种新型低碳轻质高强的混凝土。1937年，德国科学家拜耳(Bayer)教授利用异氰酸酯和多元醇化合物发生加聚反应制得聚氨酯树脂，到目前为止聚氨酯树脂已经有了74年的应用历史。在通常情况下，凡是在高分子结构主链上含有多个氨基甲酸酯基团(-NHCOO)的聚合物，统称聚氨酯。
但是现有聚氨酯混凝土仍然存在使用水泥量高、拉伸强度和韧度低、耐低温冲击性和耐水性差的问题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有聚氨酯混凝土仍然存在使用水泥量高、拉伸强度和韧度低、耐低温冲击性和耐水性差的问题，而提供一种高强高韧的聚氨酯混凝土及制备方法和应用。
一种高强高韧的聚氨酯混凝土按重量份数由100份多异氰酸酯、100份低聚物多元醇、10～15份扩链剂、2～3份催化剂、7～8份分子筛活化粉、6份～8份有机硅、120份～200份粉煤灰、140～160份细骨料、300份～320份粗骨料、5份～10份碳纤维粉和20份～40份壳聚糖表面接枝超支化聚合物制备而成。
一种高强高韧的聚氨酯混凝土的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、按重量份数称取100份多异氰酸酯、100份低聚物多元醇、10～15份扩链剂、2～3份催化剂、7～8份分子筛活化粉、6份～8份有机硅、120份～200份粉煤灰、140～160份细骨料、300份～320份粗骨料、5份～10份碳纤维粉和20份～40份壳聚糖表面接枝超支化聚合物；
二、将低聚物多元醇脱水后与分子筛活化粉混合，均匀搅拌，再静置，得到溶液Ⅰ；
三、将多异氰酸酯、扩链剂和有机硅加入到溶液Ⅰ中，搅拌均匀，得到溶液Ⅱ；
四、将催化剂、碳纤维粉和壳聚糖表面接枝超支化聚合物加入到溶液Ⅱ中，搅拌均匀，得到混合物Ⅰ；
五、将混合物Ⅰ平均分成2份；再将粗骨料和细骨料混合均匀后与1份混合物Ⅰ混合，搅拌，再加入另外1份混合物Ⅰ，搅拌，得到混合物Ⅱ；
六、将粉煤灰和水泥加入到混合物Ⅱ中，搅拌，在25℃～40℃下聚合反应，再浇注到模具中养护，得到高强高韧的聚氨酯混凝土；
步骤六中所述的水泥与细骨料的质量比为(0.8～2):1。
一种高强高韧的聚氨酯混凝土用作道路铺面材料和桥梁铺装材料、用作快速固化材料修复凝土路面裂缝、坑槽或用作做加固材料快速修复混凝土房屋或桥梁结构。
本发明的原理及优点：
一、本发明使用有机硅对聚氨酯进行改性，提高了聚氨酯的耐水性和力学性能；
二、本发明制备了壳聚糖表面接枝超支化聚合物，壳聚糖表面接枝超支化聚合物后，具有大量的胺基或羟基，增加了壳聚糖表面的极性基团，可增强其与聚氨酯的相容性，且能降低聚氨酯的粘度，减少气泡产生，有利于后续的混合和施工；
三、本发明使用碳纤维和壳聚糖表面接枝超支化聚合物提高了聚氨酯的整体性能，克服了单一聚氨酯的力学性能差的问题；
四、本发明制备的高强高韧的聚氨酯混凝土与传统水泥混凝土图相比存在以下优点：
①、环保性：水泥生产过程中会排放大量二氧化碳，水泥混凝土是一种高耗能、高碳排放的材料，而本发明制备的高强高韧的聚氨酯混凝土的碳排放量不到水泥混凝土的10％，是一种低碳材料；
②、轻质性：水泥混凝土的密度约为2400kg/m3，而本发明制备的高强高韧的聚氨酯混凝土的密度小于1800kg/m3，是一种轻质材料；
③、韧性：普通水泥混凝土的抗拉强度小于10MPa，而本发明制备的高强高韧的聚氨酯混凝土的抗拉强度远远大于10MPa，是一种韧性材料；
④、效率：水泥混凝土养护7天强度可以达到90％以上，而本发明制备的高强高韧的聚氨酯混凝土养护1小时强度可以达到95％；
⑤、工艺：水泥混凝土生产过程灰尘大，养护过程中需要定时洒水，无法低温施工，而本发明制备的高强高韧的聚氨酯混凝土生产过程基本无粉尘，不需要特殊养护，可以在低温环境中施工。
本发明可获得一种高强高韧的聚氨酯混凝土。
附图说明
图1为实施例1制备的高强高韧的聚氨酯混凝土的截面数码照片图；
图2为对比实施例1制备的聚氨酯混凝土的截面数码照片图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式一种高强高韧的聚氨酯混凝土按重量份数由100份多异氰酸酯、100份低聚物多元醇、10～15份扩链剂、2～3份催化剂、7～8份分子筛活化粉、6份～8份有机硅、120份～200份粉煤灰、140～160份细骨料、300份～320份粗骨料、5份～10份碳纤维粉和20份～40份壳聚糖表面接枝超支化聚合物制备而成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的低聚物多元醇为脂肪族端氨基聚醚；所述的脂肪族端氨基聚醚为聚醚胺D-2000、聚醚胺T-3000和聚醚胺T-5000中的一种或几种的混合物；所述的多异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的粉煤灰采用一级粉煤灰，细度为300目～400目；所述的细骨料采用天然河砂，主要成分为花岗岩，最大粒径为2.5mm，最小粒径为0.16mm，采用连续级配；所述的粗骨料采用花岗岩或者玄武岩，最大粒径为4.75mm，最小粒径为5mm，采用连续级配，不含有针片状颗粒。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的扩链剂为MOCA；所述的有机硅为乙烯基三乙氧基硅烷；所述的碳纤维粉为碳纤维丝磨细得到，粒径为2000目，所述的碳纤维丝为T300、T600、T700、T800或T1000。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的催化剂为三亚乙基二胺；所述的分子筛活化粉采用5A级，尺寸为2μm～4μm。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的壳聚糖表面接枝超支化聚合物的制备方法是按以下步骤完成的：
一、硅烷偶联剂改性壳聚糖：
①、将壳聚糖加入到稀硝酸中，首先超声波处理，再升温至50℃～60℃，在50℃～60℃下反应，反应结束抽滤，对抽滤得到的固体物质进行清洗，再真空干燥，得到酸处理的壳聚糖；
②、将硅烷偶联剂加入到溶剂中，得到硅烷偶联剂溶液；
步骤一②中所述的硅烷偶联剂溶液的质量分数为3％～5％；
步骤一②中所述的硅烷偶联剂为KH550或KH560；
③、将硅烷偶联剂溶液的pH值调节至3.5～5，将酸处理的壳聚糖浸入pH值为3.5～5的硅烷偶联剂溶液中，再在80℃～90℃、氮气气氛和搅拌的条件下搅拌反应4h～6h，再过滤，将得到的滤饼进行清洗，再干燥，得到硅烷偶联剂改性壳聚糖；
二、壳聚糖接枝反应：
将丁二酸酐和三乙醇胺加入到N,N-二甲基乙酰胺中，搅拌均匀，再加入硅烷偶联剂改性的壳聚糖和甲基苯磺酸，在80～90℃下搅拌反应，然后升温至140～150℃搅拌反应，得到反应产物；对反应产物清洗、干燥，得到壳聚糖表面接枝超支化聚合物。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤一①中所述的壳聚糖的质量与稀硝酸的体积比为1g:(40mL～50mL)；步骤一①中所述的稀硝酸的质量分数为3％～5％；步骤一①中将壳聚糖加入到稀硝酸中，首先超声波处理20min～30min，再升温至50℃～60℃，在50℃～60℃下反应30min～40min，反应结束抽滤，使用无水乙醇对抽滤得到的固体物质进行清洗3次～5次，再在温度为80℃～90℃下真空干燥，得到酸处理的壳聚糖；步骤一②中所述的溶剂为甲醇和去离子水按照9:1的体积比混合而成；步骤二中所述的丁二酸酐的物质的量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为(0.2mol～0.6mol):(500mL～1000mL)；步骤二中所述的三乙醇胺的物质的量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为(0.1mol～0.3mol):(500mL～1000mL)；步骤二中所述的硅烷偶联剂改性的壳聚糖的质量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为(5g～10g):(500mL～1000mL)；步骤二中所述的硅烷偶联剂改性的壳聚糖与甲基苯磺酸的质量比为(5g～10g)：(1.5g～2.5g)；步骤二中将在80～90℃下搅拌反应2h～3h，然后升温至140～150℃搅拌反应5h～8h，得到反应产物；使用N,N-二甲基乙酰胺对反应产物清洗3次～5次，再在100℃下真空干燥，得到壳聚糖表面接枝超支化聚合物。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式是一种高强高韧的聚氨酯混凝土的制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、按重量份数称取100份多异氰酸酯、100份低聚物多元醇、10～15份扩链剂、2～3份催化剂、7～8份分子筛活化粉、6份～8份有机硅、120份～200份粉煤灰、140～160份细骨料、300份～320份粗骨料、5份～10份碳纤维粉和20份～40份壳聚糖表面接枝超支化聚合物；
二、将低聚物多元醇脱水后与分子筛活化粉混合，均匀搅拌，再静置，得到溶液Ⅰ；
三、将多异氰酸酯、扩链剂和有机硅加入到溶液Ⅰ中，搅拌均匀，得到溶液Ⅱ；
四、将催化剂、碳纤维粉和壳聚糖表面接枝超支化聚合物加入到溶液Ⅱ中，搅拌均匀，得到混合物Ⅰ；
五、将混合物Ⅰ平均分成2份；再将粗骨料和细骨料混合均匀后与1份混合物Ⅰ混合，搅拌，再加入另外1份混合物Ⅰ，搅拌，得到混合物Ⅱ；
六、将粉煤灰和水泥加入到混合物Ⅱ中，搅拌，在25℃～40℃下聚合反应，再浇注到模具中养护，得到高强高韧的聚氨酯混凝土；
步骤六中所述的水泥与细骨料的质量比为(0.8～2):1。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八的不同点是：水泥、粉煤灰、细骨料和粗骨料是在烘箱温度为150℃下连续烘干3h～4h得到的；步骤六中所述的水泥与细骨料的质量比为(0.8～1):1；步骤二中将低聚物多元醇脱水后与分子筛活化粉混合，均匀搅拌3min～5min，再静置1h～1.5h，得到溶液Ⅰ；步骤三中将多异氰酸酯、扩链剂和有机硅加入到溶液Ⅰ中，搅拌均匀3min～5min，得到溶液Ⅱ；步骤四中将催化剂、碳纤维粉和壳聚糖表面接枝超支化聚合物加入到溶液Ⅱ中，搅拌均匀3min～5min，得到混合物Ⅰ；步骤五中将混合物Ⅰ平均分成2份；再将粗骨料和细骨料混合均匀后与1份混合物Ⅰ混合，搅拌3min～5min，再加入另外1份混合物Ⅰ，搅拌5min～10min，得到混合物Ⅱ；步骤六中将粉煤灰和水泥加入到混合物Ⅱ中，搅拌5min～10min，在25℃～40℃下聚合反应1h～2h，再浇注到模具中养护1h～1.5h，得到高强高韧的聚氨酯混凝土。其它步骤与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式是一种高强高韧的聚氨酯混凝土用作道路铺面材料和桥梁铺装材料、用作快速固化材料修复凝土路面裂缝、坑槽或用作做加固材料快速修复混凝土房屋或桥梁结构。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1：一种高强高韧的聚氨酯混凝土，按重量份数由100份多异氰酸酯、100份低聚物多元醇、10份扩链剂、3份催化剂、8份分子筛活化粉、7份有机硅、180份粉煤灰、150份细骨料、300份粗骨料、10份碳纤维粉和40份壳聚糖表面接枝超支化聚合物制备而成；
所述的低聚物多元醇为聚醚胺D-2000；所述的多异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯；
所述的粉煤灰采用一级粉煤灰，细度为300目～400目；所述的细骨料采用天然河砂，主要成分为花岗岩，最大粒径为2.5mm，最小粒径为0.16mm，采用连续级配；所述的粗骨料采用花岗岩，最大粒径为4.75mm，最小粒径为5mm，采用连续级配，不含有针片状颗粒；
所述的扩链剂为MOCA；所述的有机硅为乙烯基三乙氧基硅烷；所述的碳纤维粉为碳纤维丝磨细得到，粒径为2000目，所述的碳纤维丝为T300；
所述的催化剂为三亚乙基二胺；所述的分子筛活化粉采用5A级，尺寸为2μm～4μm；
所述的壳聚糖表面接枝超支化聚合物的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、硅烷偶联剂改性壳聚糖：
①、将壳聚糖加入到质量分数为3％的稀硝酸中，首先超声波处理30min，再升温至55℃，在55℃下反应30min，反应结束抽滤，使用无水乙醇对抽滤得到的固体物质进行清洗3次，再在85℃下真空干燥，得到酸处理的壳聚糖；
步骤一①中所述的壳聚糖的质量与质量分数为3％的稀硝酸的体积比为1g:40mL；
②、将硅烷偶联剂加入到溶剂中，得到硅烷偶联剂溶液；
步骤一②中所述的溶剂为甲醇和去离子水按照9:1的体积比混合而成；
步骤一②中所述的硅烷偶联剂溶液的质量分数为4％；
步骤一②中所述的硅烷偶联剂为KH550；
③、将硅烷偶联剂溶液的pH值调节至5，将酸处理的壳聚糖浸入pH值为5的硅烷偶联剂溶液中，再在90℃、氮气气氛和搅拌的条件下搅拌反应5h，再过滤，使用蒸馏水对得到的滤饼进行清洗3次，再干燥，得到硅烷偶联剂改性壳聚糖；
二、壳聚糖接枝反应：
将丁二酸酐和三乙醇胺加入到N,N-二甲基乙酰胺中，搅拌均匀，再加入硅烷偶联剂改性的壳聚糖和甲基苯磺酸，在85℃下搅拌反应2h，然后升温至140℃搅拌反应6h，得到反应产物；使用N,N-二甲基乙酰胺对反应产物清洗3次、再在100℃下真空干燥，得到壳聚糖表面接枝超支化聚合物；
步骤二中所述的丁二酸酐的物质的量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为0.6mol:500mL；
步骤二中所述的三乙醇胺的物质的量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为0.3mol:500mL；
步骤二中所述的硅烷偶联剂改性的壳聚糖的质量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为8g:500mL；
步骤二中所述的硅烷偶联剂改性的壳聚糖与甲基苯磺酸的质量比为8:2。
实施例1中水泥、粉煤灰、细骨料和粗骨料是在烘箱温度为150℃下连续烘干4h得到的。
实施例1中一种高强高韧的聚氨酯混凝土的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、按重量份数称取100份多异氰酸酯、100份低聚物多元醇、10份扩链剂、3份催化剂、8份分子筛活化粉、7份有机硅、180份粉煤灰、150份细骨料、300份粗骨料、10份碳纤维粉和40份壳聚糖表面接枝超支化聚合物；
二、将低聚物多元醇脱水后与分子筛活化粉混合，均匀搅拌3min，再静置1h，得到溶液Ⅰ；
三、将多异氰酸酯、扩链剂和有机硅加入到溶液Ⅰ中，均匀搅拌3min，得到溶液Ⅱ；
四、将催化剂、碳纤维粉和壳聚糖表面接枝超支化聚合物加入到溶液Ⅱ中，均匀搅拌5min，得到混合物Ⅰ；
五、将混合物Ⅰ平均分成2份；再将粗骨料和细骨料混合均匀后与1份混合物Ⅰ混合，搅拌5min，再加入另外1份混合物Ⅰ，搅拌5min，得到混合物Ⅱ；
六、将粉煤灰和水泥加入到混合物Ⅱ中，搅拌10min，在30℃下聚合反应1h，再浇注到模具中养护1h，得到高强高韧的聚氨酯混凝土；
步骤六中所述的水泥与细骨料的质量比为0.9:1。
对比实施例1：对比实施例1为不添加壳聚糖表面接枝超支化聚合物的聚氨酯混凝土，按重量份数由100份多异氰酸酯、100份低聚物多元醇、10份扩链剂、3份催化剂、8份分子筛活化粉、7份有机硅、180份粉煤灰、150份细骨料、300份粗骨料和10份碳纤维粉制备而成；
所述的低聚物多元醇为聚醚胺D-2000；所述的多异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯；
所述的粉煤灰采用一级粉煤灰，细度为300目～400目；所述的细骨料采用天然河砂，主要成分为花岗岩，最大粒径为2.5mm，最小粒径为0.16mm，采用连续级配；所述的粗骨料采用花岗岩，最大粒径为4.75mm，最小粒径为5mm，采用连续级配，不含有针片状颗粒；
所述的扩链剂为MOCA；所述的有机硅为乙烯基三乙氧基硅烷；所述的碳纤维粉为碳纤维丝磨细得到，粒径为2000目，所述的碳纤维丝为T300；
所述的催化剂为三亚乙基二胺；所述的分子筛活化粉采用5A级，尺寸为2μm～4μm。
对比实施例1中水泥、粉煤灰、细骨料和粗骨料是在烘箱温度为150℃下连续烘干4h得到的。
对比实施例1中一种聚氨酯混凝土的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、按重量份数称取100份多异氰酸酯、100份低聚物多元醇、10份扩链剂、3份催化剂、8份分子筛活化粉、7份有机硅、180份粉煤灰、150份细骨料、300份粗骨料和10份碳纤维粉；
二、将低聚物多元醇脱水后与分子筛活化粉混合，均匀搅拌3min，再静置1h，得到溶液Ⅰ；
三、将多异氰酸酯、扩链剂和有机硅加入到溶液Ⅰ中，均匀搅拌3min，得到溶液Ⅱ；
四、将催化剂和碳纤维粉加入到溶液Ⅱ中，均匀搅拌5min，得到混合物Ⅰ；
五、将混合物Ⅰ平均分成2份；再将粗骨料和细骨料混合均匀后与1份混合物Ⅰ混合，搅拌5min，再加入另外1份混合物Ⅰ，搅拌5min，得到混合物Ⅱ；
六、将粉煤灰和水泥加入到混合物Ⅱ中，搅拌10min，在30℃下聚合反应1h，再浇注到模具中养护1h，得到聚氨酯混凝土；
步骤六中所述的水泥与细骨料的质量比为0.9:1。
对比实施例2：对比实施例2为普通水泥混凝土，按重量份数由180份粉煤灰、150份细骨料、300份粗骨料和450份水泥制备而成的。
以实施例1、对比实施例1～2制备的混凝土浇注试件，以相同的浇注、养护条件获得各试件，按照《混凝土物理力学性能试验方法标准(GBT50081-2019)》测试各试件的抗弯强度和抗拉强度。
将实施例1制备的高强高韧的聚氨酯混凝土试件和对比实施例1制备的聚氨酯混凝土试件截断，观察截面气泡，见图1和图2所示；
图1为实施例1制备的高强高韧的聚氨酯混凝土的截面数码照片图；
图2为对比实施例1制备的聚氨酯混凝土的截面数码照片图。
从图1和图2可知，实施例1制备的高强高韧的聚氨酯混凝土的气泡含量较少，且气泡较小，而对比实施例1制备的聚氨酯混凝土的气泡较多，且气泡较大，由此可知，添加了壳聚糖表面接枝超支化聚合物后聚氨酯水泥胶体可以很好的包裹在砂的周围，分布均匀，试块内部气泡减少，进而提高了聚氨酯混凝土的力学性能。
表1
实施例1 对比实施例1 对比实施例2
抗弯强度/MPa 56.37 38.84 13.12
抗拉强度/MPa 41.45 29.13 9.26

Claims (9)

1.一种高强高韧的聚氨酯混凝土，其特征在于一种高强高韧的聚氨酯混凝土按重量份数由100份多异氰酸酯、100份低聚物多元醇、10~15份扩链剂、2~3份催化剂、7~8份分子筛活化粉、6份~8份有机硅、120份~200份粉煤灰、140~160份细骨料、300份~320份粗骨料、5份~10份碳纤维粉和20份~40份壳聚糖表面接枝超支化聚合物制备而成；
所述的壳聚糖表面接枝超支化聚合物的制备方法是按以下步骤完成的：
一、硅烷偶联剂改性壳聚糖：
①、将壳聚糖加入到稀硝酸中，首先超声波处理，再升温至50℃~60℃，在50℃~60℃下反应，反应结束抽滤，对抽滤得到的固体物质进行清洗，再真空干燥，得到酸处理的壳聚糖；
②、将硅烷偶联剂加入到溶剂中，得到硅烷偶联剂溶液；
步骤一②中所述的硅烷偶联剂溶液的质量分数为3%~5%；
步骤一②中所述的硅烷偶联剂为KH550或KH560；
③、将硅烷偶联剂溶液的pH值调节至3.5~5，将酸处理的壳聚糖浸入pH值为3.5~5的硅烷偶联剂溶液中，再在80℃~90℃、氮气气氛和搅拌的条件下搅拌反应4h~6h，再过滤，将得到的滤饼进行清洗，再干燥，得到硅烷偶联剂改性壳聚糖；
二、壳聚糖接枝反应：
将丁二酸酐和三乙醇胺加入到N,N-二甲基乙酰胺中，搅拌均匀，再加入硅烷偶联剂改性的壳聚糖和甲基苯磺酸，在80~90℃下搅拌反应，然后升温至140~150℃搅拌反应，得到反应产物；对反应产物清洗、干燥，得到壳聚糖表面接枝超支化聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种高强高韧的聚氨酯混凝土，其特征在于所述的低聚物多元醇为脂肪族端氨基聚醚；所述的脂肪族端氨基聚醚为聚醚胺D-2000、聚醚胺T-3000和聚醚胺T-5000中的一种或几种的混合物；所述的多异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种高强高韧的聚氨酯混凝土，其特征在于所述的粉煤灰采用一级粉煤灰，细度为300目~400目；所述的细骨料采用天然河砂，主要成分为花岗岩，最大粒径为2.5mm，最小粒径为0.16mm，采用连续级配；所述的粗骨料采用花岗岩或者玄武岩，最大粒径为4.75mm，最小粒径为5mm，采用连续级配，不含有针片状颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种高强高韧的聚氨酯混凝土，其特征在于所述的扩链剂为MOCA；所述的有机硅为乙烯基三乙氧基硅烷；所述的碳纤维粉为碳纤维丝磨细得到，粒径为2000目，所述的碳纤维丝为T300、T600、T700、T800或T1000。
5.根据权利要求1所述的一种高强高韧的聚氨酯混凝土，其特征在于所述的催化剂为三亚乙基二胺；所述的分子筛活化粉采用5A级，尺寸为2μm~4μm。
6.根据权利要求1所述的一种高强高韧的聚氨酯混凝土，其特征在于步骤一①中所述的壳聚糖的质量与稀硝酸的体积比为1g:(40mL~50mL)；步骤一①中所述的稀硝酸的质量分数为3%~5%；步骤一①中将壳聚糖加入到稀硝酸中，首先超声波处理20min~30min，再升温至50℃~60℃，在50℃~60℃下反应30min~40min，反应结束抽滤，使用无水乙醇对抽滤得到的固体物质进行清洗3次~5次，再在温度为80℃~90℃下真空干燥，得到酸处理的壳聚糖；步骤一②中所述的溶剂为甲醇和去离子水按照9:1的体积比混合而成；步骤二中所述的丁二酸酐的物质的量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为(0.2mol~0.6mol):(500mL~1000mL)；步骤二中所述的三乙醇胺的物质的量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为(0.1mol~0.3mol):(500mL~1000mL)；步骤二中所述的硅烷偶联剂改性的壳聚糖的质量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为(5g~10g):(500mL~1000mL)；步骤二中所述的硅烷偶联剂改性的壳聚糖与甲基苯磺酸的质量比为（5g~10g）：(1.5g~2.5g)；步骤二中将在80~90℃下搅拌反应2h~3h，然后升温至140~150℃搅拌反应5h~8h，得到反应产物；使用N,N-二甲基乙酰胺对反应产物清洗3次~5次，再在100℃下真空干燥，得到壳聚糖表面接枝超支化聚合物。
7.如权利要求1所述的一种高强高韧的聚氨酯混凝土的制备方法，其特征在于一种高强高韧的聚氨酯混凝土的制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、按重量份数称取100份多异氰酸酯、100份低聚物多元醇、10~15份扩链剂、2~3份催化剂、7~8份分子筛活化粉、6份~8份有机硅、120份~200份粉煤灰、140~160份细骨料、300份~320份粗骨料、5份~10份碳纤维粉和20份~40份壳聚糖表面接枝超支化聚合物；
二、将低聚物多元醇脱水后与分子筛活化粉混合，均匀搅拌，再静置，得到溶液Ⅰ；
三、将多异氰酸酯、扩链剂和有机硅加入到溶液Ⅰ中，搅拌均匀，得到溶液Ⅱ；
四、将催化剂、碳纤维粉和壳聚糖表面接枝超支化聚合物加入到溶液Ⅱ中，搅拌均匀，得到混合物Ⅰ；
五、将混合物Ⅰ平均分成2份；再将粗骨料和细骨料混合均匀后与1份混合物Ⅰ混合，搅拌，再加入另外1份混合物Ⅰ，搅拌，得到混合物Ⅱ；
六、将粉煤灰和水泥加入到混合物Ⅱ中，搅拌，在25℃~40℃下聚合反应，再浇注到模具中养护，得到高强高韧的聚氨酯混凝土；
步骤六中所述的水泥与细骨料的质量比为(0.8~2):1。
8.根据权利要求7所述的一种高强高韧的聚氨酯混凝土的制备方法，其特征在于水泥、粉煤灰、细骨料和粗骨料是在烘箱温度为150℃下连续烘干3h~4h得到的；步骤六中所述的水泥与细骨料的质量比为(0.8~1):1；步骤二中将低聚物多元醇脱水后与分子筛活化粉混合，均匀搅拌3min~5min，再静置1h~1.5h，得到溶液Ⅰ；步骤三中将多异氰酸酯、扩链剂和有机硅加入到溶液Ⅰ中，搅拌均匀3min~5min，得到溶液Ⅱ；步骤四中将催化剂、碳纤维粉和壳聚糖表面接枝超支化聚合物加入到溶液Ⅱ中，搅拌均匀3min~5min，得到混合物Ⅰ；步骤五中将混合物Ⅰ平均分成2份；再将粗骨料和细骨料混合均匀后与1份混合物Ⅰ混合，搅拌3min~5min，再加入另外1份混合物Ⅰ，搅拌5min~10min，得到混合物Ⅱ；步骤六中将粉煤灰和水泥加入到混合物Ⅱ中，搅拌5min~10min，在25℃~40℃下聚合反应1h~2h，再浇注到模具中养护1h~1.5h，得到高强高韧的聚氨酯混凝土。
9.如权利要求1所述的一种高强高韧的聚氨酯混凝土的应用，其特征在于一种高强高韧的聚氨酯混凝土用作道路铺面材料和桥梁铺装材料、用作快速固化材料修复凝土路面裂缝、坑槽或用作做加固材料快速修复混凝土房屋或桥梁结构。
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