CN116903312B - 一种低碳超高性能工程地聚物复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低碳超高性能工程地聚物复合材料及其制备方法与应用,属于建筑材料技术领域,其所使用的激发剂以NaOH‑Na2SiO3激发剂为基础激发剂,以Na2CO3作为补充激发剂,混合形成低碳复合激发剂。其制备方法包括以下步骤:(1)将胶凝材料粉末混合均匀后,依次加入石英砂、激发剂、减水剂以及纳米碳酸钙、PE纤维并搅拌均匀,得到浆料;(2)将所得浆料浇筑成型并进行养护,得到低碳超高性能工程地聚物复合材料。本发明提供的复合材料具有低碳、超高抗压强度、超高拉伸延性以及较长凝结时间的高性能,为建筑材料的制备提供了新思路。

Description

一种低碳超高性能工程地聚物复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域,尤其涉及一种低碳超高性能工程地聚物复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
随着社会发展理念的进步,工程结构设计对于轻量化、使用寿命和空间利用率等方面提出了更高的要求,因此对于建筑材料机械性能和耐久性能的要求也不断提高。为适应社会需求,一些典型的高性能混凝土材料被提出:超高抗压强度(≥120MPa)、高耐久性、高韧性的超高性能混凝土(UHPC)和具有优秀变形能力和裂缝控制能力的工程水泥基复合材料(ECC)。然而,UHPC和ECC等高性能混凝土材料的生产需要消耗大量的水泥。目前水泥工业被视为主要碳排放来源之一,每生产1吨水泥就会产生0.81吨的CO2,因此,亟需提高目前高性能混凝土材料的可持续性。
地聚物被认为是一种可持续性的新型凝胶,使用其生产的地聚物混凝土(GPC)碳排放量仅为水泥混凝土的9-80%。目前也出现了一些关于使用地聚物制备高性能混凝土的研究,提出了力学性能和UHPC/ECC接近的超高性能地聚物混凝土(UHPGC)/工程地聚物基复合材料(EGC)。但尽管地聚物混凝土被认为是水泥混凝土的可持续性替代品,其高性能化所造成的碳排放量的大幅提高不容忽视。
现有技术中,高性能地聚物混凝土中一般使用激发效率较高的NaOH-Na2SiO3激发剂,但NaOH-Na2SiO3激发剂产生的碳排放占地聚物混凝土总碳排放的80%以上,所以地聚物混凝土的可持续性还存在巨大的提升空间。此外,虽然UHPGC具有超高力学性能,但也存在变形和裂缝控制能力不足的缺点,在带裂缝工作时内部钢纤维容易受到腐蚀介质的侵蚀而削弱力学性能。同样地,EGC虽然具有优秀的变形能力和裂缝控制能力,能够有效提高工程结构的耐久性和抗震性能,但其抗压性能相对较差。并且,高性能地聚物混凝土通常具有较低的水胶比,这使得体系内碱度较高,且为获得更好的力学性能通常会使用大量矿渣,进而所得高性能地聚物混凝土的凝结时间相对较短,容易发生闪凝,这对其工程应用造成了阻碍。
因此,如何将碳排放更低的碱性激发剂用于生产地聚物混凝土,以及如何生产出兼具超高抗压强度、超高拉伸延性以及较长凝结时间的高性能地聚物混凝土是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提出了一种低碳超高性能工程地聚物复合材料及其制备方法与应用。
为实现上述目的,本发明提供了以下技术方案:
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料,其所使用的激发剂以NaOH-Na2SiO3激发剂为基础激发剂,以Na2CO3作为补充激发剂,混合形成低碳复合激发剂;其中,所述NaOH溶液、Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液的质量比为(74.6~111.5):(0~119.1):(278.7~433.5)。
优选的,包括以下重量份数的原料:
胶凝材料粉末1163份、细骨料407.1份、外加剂18.6份、纳米碳酸钙23.3份、增强纤维19.4份、激发剂475.9-932.2份和水49.7-81.6份。
其中,所述激发剂中等效的Na2O质量与胶凝材料粉末质量比为7%;
所述等效的Na2O质量为激发剂中各化学组分按钠元素质量分数等价换算成Na2O质量。
所述激发剂中的溶剂与水的总质量和所述胶凝材料粉末的质量比为0.3。
优选的,所述胶凝材料粉末包括以下重量份数的原料:矿渣821.1份、粉煤灰248.9份、硅灰93.0份。
优选的,所述外加剂包括以下重量份数的原料:氯化钡11.6份、消泡剂1.2份、减水剂5.8份;
所述减水剂为木质素磺酸钠。
优选的,所述细骨料为石英砂,包括细砂和中砂;
其中,所述细砂和中砂分别为346.0份和61.1份;
所述细砂粒径为40-200μm,所述中砂粒径为200-700μm;
所述纳米碳酸钙粒径为10-100nm;
所述增强纤维为超高分子量聚乙烯纤维,是分子量在100万~500万的聚乙烯所纺出的纤维。
优选的,所述激发剂的制备方法包括以下步骤:
将NaOH溶液与Na2SiO3溶液混合,调节溶液模数后,再加入Na2CO3溶液混合均匀,得到激发剂;
其中,所述NaOH溶液浓度为14mol/L;
所述Na2SiO3溶液购买于嘉善县优瑞耐火材料有限公司,型号SP50;
所述Na2SiO3溶液中Na2O、SiO2、H2O的质量比为29.99:13.75:56.26,硅酸钠的溶液模数为2.25;
所述Na2SiO3溶液质量百分浓度为43.74%;
所述Na2CO3溶液质量浓度为25%;
所述溶液模数为1.35-1.65。
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将胶凝材料粉末、氯化钡和消泡剂混合均匀后,依次加入石英砂、激发剂、减水剂以及纳米碳酸钙、PE纤维并搅拌均匀,得到浆料;
(2)将所得浆料浇筑成型并进行养护,得到所述低碳超高性能工程地聚物复合材料。
优选的,步骤(1)具体包括以下步骤:
将胶凝材料粉末、氯化钡和消泡剂加入搅拌器,以75r/min的搅拌速率干拌3min,然后将石英砂加入搅拌器再以75r/min的低速干拌3min,再将激发剂与水混合后加入搅拌器中以75r/min低速搅拌1min,然后停机加入减水剂和纳米碳酸钙继续以165r/min的搅拌速率搅拌2min,随后换成75r/min的低速并在3min内加入全部PE纤维,最后以75r/min低速搅拌2min使纤维均匀分散。
有益效果:本发明中不同材料的加入顺序对新鲜UHP-EGC流动性以及硬化后UHP-EGC力学性能有重要影响,其中纳米碳酸钙的加入步骤尤为重要,加入节点的前后移动都不能达到本发明所需的要求。
优选的,步骤(2)中所述养护包括以下步骤:
将浇筑成型后的试件盖上保水膜后室温养护1d,然后脱模并于室温条件下进行泡水养护28d。
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料在建筑材料中的应用。
优选的,所述建筑材料为建筑结构加固材料或建筑结构抗震材料。
与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果:
本发明中的激发剂由氢氧化钠、硅酸钠溶液及碳酸钠构成,碳酸钠按等效Na2O%掺入,同时使用木质素磺酸钠(SLS)作为减水剂,使得产品在强碱环境下提高地聚物流动性;同时,本发明使用纳米碳酸钙填补50nm的孔隙,以达到降低UHP-EGC收缩的效果,同时提高UHP-EGC的密实度以达到提高力学性能的目的;此外,本发明提供的超高性能地聚物混凝土材料UHP-EGC的抗压强度超过120MPa,拉伸强度超过9MPa,极限拉伸应变最高可以达到8%以上,初凝时间达到47min,具有优良的力学性能,为建筑材料领域提供了新的思路。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为实施例1所用原料中固体材料的粒径分布;
图2为实施例1所得哑铃形试件尺寸;
图3为实施例1中UHP-EGC的制备工艺流程图;
图4为实施例1-5步骤(2)所得浆料的凝结时间;
图5为实施例1-5所得UHP-EGC的抗压强度;
图6实施例1-5所得UHP-EGC的裂纹宽度均值变化;
图7为实施例1-5所得UHP-EGC的拉伸应力-应变曲线;
图8为实施例1-5所得UHP-EGC的初裂强度、拉伸强度,极限拉伸应变和拉伸应变能;
图9实施例1-5所得每立方米UHP-EGC的碳排放总量和碳排放组成。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例中的原料均通过市售途径购买获得;
其中,PE纤维的力学性质如表1所示:
表1
直径(μm) 长度(mm) 强度(MPa) 弹性模块(GPa) 密度(g/cm3)
24 18 3000 116 0.97
S105级矿渣、F类粉煤灰以及硅灰的理化性质如表2所示:
表2
本发明实施例中的超高分子量聚乙烯纤维是分子量在100万~500万的聚乙烯所纺出的纤维。
本发明实施例中的硅酸钠购买于嘉善县优瑞耐火材料有限公司,型号SP50。
本发明实施例中的低速均指转速为75r/min,高速均指转速为165r/min.
实施例1
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料,包括以下重量份数的原料:
胶凝材料粉末(S105级矿渣821.1份、F类粉煤灰248.9份、硅灰93份)1163份、细骨料(细砂和中砂分别为346.0份和61.1份,且细砂粒径为40-200μm,中砂粒径为200-700μm)407.1份、外加剂(氯化钡0.01份、消泡剂0.001份、木质素磺酸钠0.005份)18.6份、纳米碳酸钙(粒径为10-100nm)23.3份、增强纤维(超高分子量聚乙烯纤维)19.4份;
其中,还包括932.2份激发剂和81.6份水;
激发剂为以NaOH-Na2SiO3激发剂为基础激发剂,以Na2CO3作为补充激发剂,混合形成低碳复合激发剂;
激发剂中等效的Na2O质量与胶凝材料粉末质量比为7%;
激发剂中的溶剂与水的总质量和所述胶凝材料粉末的质量比为0.3。
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,如图3所示,包括以下步骤:
(1)首先将配制好并冷却至室温的浓度为14mol/L的NaOH溶液与Na2SiO3溶液混合,调节溶液模数至1.35,待溶液冷却后,得到激发剂;其中,氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液与碳酸钠溶液的质量比为111.5:354.6:0.0;
(2)将胶凝材料粉末加入搅拌器以75r/min低速干拌3min,将石英砂加入搅拌器再以低速干拌3min,将激发剂与水混合后加入搅拌器中低速搅拌1min,停机加入减水剂和纳米碳酸钙继续以165r/min高速搅拌2min,随后换成低速并在3min内加完PE纤维,最后低速搅拌2min使纤维均匀分散,得到浆料;
(3)将步骤(2)所得浆料浇入模具中成型,并置于振动台以排出气泡以及平整试件表面,然后将试件盖上保水膜在实验室环境养护1d,再脱模并将试件置于室温条件进行泡水养护28d,得到哑铃形混凝土试件,其尺寸如图2所示。
实施例2
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料,与实施例1不同之处在于,激发剂的添加量为475.9份,水的添加量为65.6份。
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,与实施例1不同之处在于,步骤(1)中待溶液冷却后,再加入0.75Na2O%的质量分数为25%的碳酸钠溶液,其中,氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液与碳酸钠溶液的质量比为99.7:316.7:59.5。
实施例3
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料,与实施例1不同之处在于,激发剂的添加量为485.4份,水的添加量为49.7份。
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,与实施例1不同之处在于,步骤(1)中待溶液冷却后,再加入1.5Na2O%的质量分数为25%的碳酸钠溶液,其中,氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液与碳酸钠溶液的质量比为87.6:278.7:119.1。
实施例4
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料,与实施例1不同之处在于,激发剂的添加量为487.2份,水的添加量为70.7份。
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,与实施例1不同之处在于,步骤(1)中调节溶液模数至1.50,其中,氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液与碳酸钠溶液的质量比为93.2:394.0:0.0。
实施例5
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料,与实施例1不同之处在于,激发剂的添加量为508.1份,水的添加量为59.8份。
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,与实施例1不同之处在于,步骤(1)中调节溶液模数至1.65,其中,氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液与碳酸钠溶液的质量比为74.6:433.5:0.0。
对比例1
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,与实施例1不同之处在于,步骤(2)中改变纳米碳酸钙的加入顺序,具体包括以下步骤:
(2)将胶凝材料粉末加入搅拌器以75r/min低速干拌3min,将石英砂和纳米碳酸钙加入搅拌器再以低速干拌3min,将激发剂与水混合好后加入搅拌器中低速搅拌1min,停机加入减水剂继续以165r/min高速搅拌2min,随后换成低速并在3min内加完PE纤维,最后低速搅拌2min使纤维均匀分散。
对比例2
一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,与实施例1不同之处在于,步骤(2)中改变纳米碳酸钙的加入顺序,具体包括以下步骤:
(2)将胶凝材料粉末加入搅拌器以75r/min低速干拌3min,将石英砂加入搅拌器再以低速干拌3min,将激发剂与水混合好后加入搅拌器中低速搅拌1min,停机加入减水剂继续以165r/min高速搅拌2min,随后换成低速并在3min内加入PE纤维和纳米碳酸钙,最后低速搅拌2min使纤维均匀分散。
技术效果:
1.凝结时间:
图4为实施例1-5中步骤(2)所得浆料的凝结时间。由图4可以看到,随着Na2CO3的替换量的增加,地聚物浆料的初凝和终凝时间均提高。当Na2CO3的替换量为1.5Na2O%时,实施例3的初凝时间和终凝时间分别为47min和57min,较实施例1分别提高了56.7%和42.5%。这可能是由于Na2CO3替换Na2SiO3后降低了地聚物液相的pH值,延缓了胶凝材料粉末中Ca、Si、Al等元素的溶出,同时[SiO4]4-的减少也延缓了三维网状胶凝结构的形成。此外,由图5可以看到,提高激发剂溶液模数也能有效延缓浆料的凝结。溶液模数为1.65的实施例5初凝和终凝时间分别达到了57min和65min。然而提高溶液模数虽然延长了初凝时间,但终凝与初凝的时间间隔却缩小,这可能是因为虽然提高模数和使用Na2CO3一样能够有效降低地聚物液相的pH值,进而延缓初凝。但由于[SiO4]4-含量的增多导致溶出的阳离子迅速被结合生成三维网状凝胶沉淀,降低了初凝和终凝的时间间隔。对比例1、2凝结时间与实施例1相同,纳米碳酸钙的掺入顺序对凝结时间没有影响。
2.抗压试验
抗压试验依据ASTM C109/C109M(2020)进行,采用力控制方式加载,加载速度为1.75kN/s。
图5为不同Na2CO3替换量和激发剂模数下UHP-EGC的抗压强度。而本发明中Si/Al和Ca/(Si+Al)分别为2.27-2.46和0.34-0.36,抗压强度均达到了120MPa以上。值得注意的是,采用一定的Na2CO3替换量虽然降低了激发剂的碱度,但却提高了UHP-EGC的抗压强度(从122.9MPa提高至126.7MPa)。这主要是由于一定替换量的碳酸钠形成的团簇结构优化了新鲜地聚物浆料的粒径分布,提高了地聚物浆料的密实度,从而提高了抗压强度。同理,由图5可以看到,随着激发剂模数的提高,UHP-EGC的抗压强度下降,这也是由于激发剂模数提高导致的新鲜地聚物浆料密实度下降引起的。对比例1、2抗压强度相较于与实施例1分别降低了10MPa和5MPa,纳米碳酸钙的掺入顺序对抗压强度影响显著。
3.抗拉试验
拉伸试验依据JC/T2461(2018)进行,通过夹具在试件两侧设置两个线性位移计(LVDTs)以获取拉伸试件测区内变形,拉伸试验使用位移控制方式以0.5mm/min的速度进行加载。
(1)图6显示了不同Na2CO3替换量和激发剂模数下UHP-EGC的裂纹宽度均值变化。随着Na2CO3替换量的提高,在同一拉伸应变下,UHP-EGC的裂纹宽度先减小后增大。在拉伸过程中实施例2的裂纹宽度均值最高值仅为65.78μm,远低于另外两组。这表明一定量的Na2CO3替代有助于降低裂纹宽度。然而,当Na2CO3替换量增大至1.5Na2O%时,UHP-EGC(实施例3)的裂纹宽度均值提高,约为100μm至120μm。这表明过量的Na2CO3替代量会降低UHP-EGC的裂纹控制能力。随着激发剂模数的提高,UHP-EGC裂纹宽度均值超过了100μm。特别是实施例4在极限状态下,裂纹宽度均值达到了185.68μm。由此可见,在高激发剂模数条件下不利于裂缝宽度的控制。对比例1、2裂缝宽度相较于与实施例1分别增大了12%和7%,纳米碳酸钙的掺入顺序对显著影响了纤维-基体界面性能,降低了裂缝控制能力,增大了裂缝宽度。
(2)图7为不同Na2CO3替换量和激发剂模数下UHP-EGC的拉伸应力-应变曲线。从图7中可以看出,Na2CO3替换量和激发剂模数的变化对UHP-EGC的应变硬化阶段的应力波动、初裂强度、拉伸强度和极限拉伸应变具有显著影响。由图7可看到,在应变硬化阶段,UHP-EGC存在应力波动的行为,应力波动主要是由于随着拉伸变形的增大,UHP-EGC裂纹的不断萌生和稳定开展导致的应力重分布过程造成的。对于不同Na2CO3替换量的UHP-EGC,实施例2应变硬化状态的应力波动幅值最小,可见拉伸荷载下实施例2裂缝萌生时的纤维桥接作用最好,这与观测到的实施例2的平均裂缝宽度最小相一致。提高激发剂模数则对UHP-EGC拉伸应变硬化过程中的应力波动和裂纹控制能力产生了相反的作用。
(3)图8为了不同Na2CO3替换量和激发剂模数下UHP-EGC的初裂强度、拉伸强度,极限拉伸应变和拉伸应变能。从图8中a部分可以看出,Na2CO3的掺入显著降低了UHP-EGC的初裂强度。实施例3的初裂强度为3.17MPa,相较于实施例1降低了31.7%。相反地,在ModulusSeries中初裂强度随模数的提高而提高。特别是模数为1.65时,实施例5的初裂强度为5.92MPa,较实施例1提高了27.6%。根据ECC设计准则,余能(complementary energy,J’b)高于基体断裂能(fracture energy,Jtip)是ECC具备稳态开裂的能力的前提条件之一,并且伪应变硬化系数PSH(即,J’b/Jtip)越大裂纹分布越饱和。较高的初裂强度表明基体具有较高的断裂韧度。因此,对于Na2CO3替换量为0.75Na2O%的实施例2,降低的初裂强度使其比实施例1表现出更饱和的裂缝分布。然而,尽管随着Na2CO3替换量的进一步增加,UHP-EGC(实施例3)的初裂强度继续降低,但过量的Na2CO3替换量会降低了纤维与基体的桥接作用,从而降低了UHP-EGC的裂纹控制能力(表现为更少的裂纹数量和更大的裂纹宽度)。对于ModulusSeries,初裂强度的提高明显降低了UHP-EGC的饱和开裂行为,裂纹数量显著减少。对比例1、2初裂强度相较于与实施例1分别降低了1.3MPa和1.0MPa,纳米碳酸钙的掺入顺序影响了基体密实度,进而降低了初裂性能。
从图8中b部分可以看出,UHP-EGC的拉伸强度均超过8MPa,并且Na2CO3的使用对拉伸强度有积极影响。实施例2和实施例3的拉伸强度均超过10MPa,分别比实施例1提高了27.2%和22.2%。对比例1、2拉伸强度相较于与实施例1分别降低了2.0MPa和1.1MPa,纳米碳酸钙的掺入顺序影响了纤维粘结性能,造成极限状态下纤维桥接能力的降低,进而降低了拉伸强度。
图8中c部分显示,在Na2CO3替代量为0.75Na2O%时,UHP-EGC的裂纹控制能力得到提高,但整体变形能力受到限制,实施例2的极限拉伸应变仅为6.13%。虽然提高激发剂模数降低了裂纹控制能力,但实施例4表现出最高的变形能力,极限拉伸应变达到8.58%,比实施例1高出31.6%。对比例1、2极限拉伸应变相较于与实施例1分别降低至4.8%和5.9%,纳米碳酸钙的掺入顺序对拉伸变形能力影响显著。
图8中d部分显示,Na2CO3Series中,实施例2由于拉伸极限应变与实施例1接近,其应变能仅为416.8kJ·m-3,仅比实施例1高出6.2%。然而,当Na2CO3的替代量为1.5Na2O%时,实施例3的应变能显著提高,达到518.5kJ·m-3,比实施例1提高了32.2%。此外,从ModulusSeries中可以看出,提高激发剂模数显著提升了UHP-EGC的耗能能力。实施例4和实施例5由于增加了变形能力而提高了应变能。实施例5的应变能达到564.1kJ·m-3,比实施例1提高了43.8%。Na2CO3的添加降低了初裂强度但有益于拉伸强度,而提高激发剂模数提高了初裂强度但降低了裂纹控制能力。适当的调整这些参数可以实现对UHP-EGC开裂行为和拉伸性能的优化。对比例1、2应变能相较于与实施例1分别降低了18%和13%,改变纳米碳酸钙的掺入顺序使得初裂强度、拉伸强度和拉伸变形能力均显著降低,因此应变能(即,拉伸曲线包络面积)相对降低。
4.碳排放
Na2CO3的使用大幅度减少了Na2SiO3溶液和NaOH的使用量,对于降低地聚物混凝土材料的碳足迹具有重要意义。为了量化激发剂变化对UHP-EGC环保性能的影响,本发明综合考虑拉伸性能和碳排放,对UHP-EGC的环保性能进行综合讨论。表3显示了本发明中UHP-EGC的碳排放因子和单位体积混凝土的总碳排放量。需要注意的是,原材料的碳排放因子仅考虑其生产过程中产生的碳排放。因此,本发明将Na2SiO3溶液的碳排放因子设定为1.222kgCO2-e/kg。
表3
图9显示了实施例1-5所得每立方米UHP-EGC各原材料的碳排放量。图9表明激发剂的碳排放量占UHP-EGC原材料碳排放量的首位,约87%以上。实施例1中Na2SiO3占总碳排放量的75.0%,而NaOH-Na2SiO3激发剂的碳排放占比达到89.5%。实施例1的CO2-e达到了578.0kg CO2-e/m3,而通过使用Na2CO3替换部分激发剂显著降低了UHP-EGC的碳排放,实施例3较实施例1降低了18.2%。另一方面,提高激发剂模数意味着需要增大Na2SiO3的用量,这导致了碳排放量的提高。当激发剂模数提高至1.65时,实施例4的CO2-e达到了641.1kg CO2-e/m3,增幅达到10.9%。对比例1、2碳排放与实施例1相同,纳米碳酸钙的掺入顺序对碳排放没有影响。
5.纳米碳酸钙用于填补孔隙,过早或者过迟加入都会导致力学性能的降低。相比于实施例1,对比例1和2的抗压强度出现5~10MPa的降幅,裂缝宽度出现7%-12%的增幅,初裂强度出现1~1.3MPa的降幅,抗拉强度出现1.1~2.0MPa左右的降幅,抗拉应变降低至4.8%和5.9%,应变能出现13%~18%的降幅,但是凝结时间和碳排放这类指标不受影响。
以上,仅为本申请较佳的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下重量份数的原料:胶凝材料粉末1163份、细骨料407.1份、外加剂18.6份、纳米碳酸钙23.3份、增强纤维19.4份、激发剂475.9-932.2份和水49.7-81.6份;
所述胶凝材料粉末包括以下重量份数的原料:矿渣821.1份、粉煤灰248.9份、硅灰93.0份;
所述外加剂包括以下重量份数的原料:氯化钡11.6份、消泡剂1.2份、减水剂5.8份;
所述细骨料为石英砂;
所述激发剂以NaOH-Na2SiO3激发剂为基础激发剂,以Na2CO3作为补充激发剂,混合形成低碳复合激发剂;其中,所述NaOH溶液、Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液的质量比为(74.6~111.5):(0~119.1):(278.7~433.5);所述增强纤维为超高分子量聚乙烯纤维;
包括以下步骤:
(1)将胶凝材料粉末、氯化钡和消泡剂混合均匀后,依次加入石英砂、激发剂、减水剂以及纳米碳酸钙、PE纤维并搅拌均匀,得到浆料;
(2)将所得浆料浇筑成型并进行养护,得到所述低碳超高性能工程地聚物复合材料;
所述步骤(1)具体包括以下步骤:
将胶凝材料粉末、氯化钡和消泡剂加入搅拌器,以75r/min的搅拌速率干拌3min,然后将石英砂加入搅拌器再以75r/min的低速干拌3min,再将激发剂与水混合后加入搅拌器中以75r/min低速搅拌1min,然后停机加入减水剂和纳米碳酸钙继续以165r/min的搅拌速率搅拌2min,随后换成75r/min的低速并在3min内加入全部PE纤维,最后以75r/min低速搅拌2min使纤维均匀分散。
2.根据权利要求1所述的一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,其特征在于,所述石英砂包括细砂和中砂,其中细砂和中砂分别为346.0份和61.1份;
所述细砂粒径为40-200μm,所述中砂粒径为200-700μm。
3.根据权利要求1所述的一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,其特征在于,所述纳米碳酸钙粒径为10-100nm。
4.根据权利要求1所述的一种低碳超高性能工程地聚物复合材料的制备方法,其特征在于,所述激发剂的制备方法包括以下步骤:
将NaOH溶液与Na2SiO3溶液混合,调节溶液模数后,再加入Na2CO3溶液混合均匀,得到激发剂;
其中,所述NaOH溶液浓度为14mol/L;
所述Na2CO3溶液质量浓度为25%;
所述调节溶液模数为调节至1.35-1.65。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种低碳超高性能工程地聚物复合材料制备方法制备得到的地聚物复合材料在建筑材料中的应用。
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