轻质高延性地聚物材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及地聚物材料技术领域，尤其涉及一种轻质高延性地聚物材料及其制备方法。


背景技术：

2.地聚物(geopolymer)一词最早由法国材料学家davidovits于1976年提出的一种新型碱激发无机胶凝材料。地聚物是由富含硅、铝质的固体粉末通过碱激发形成具有硅氧四面体和铝氧四面体组成的三维网状结构的无机高分子聚合物。已有研究表明，与硅酸盐水泥相比，地聚物具有高强、耐酸、表面硬度大、防火、热稳定性好，并能固化重金属等优点。尽管如此，地聚物混凝土是一种自重大的脆性材料且容易产生大量裂缝，不满足人们对新型材料使用的可持续、高性能的要求，限制了其在工程中的应用。因此，制备一种同时具备质量轻、强度高和延性高的轻质地聚物材料，对于地聚物材料应用于实际工程具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有地聚物混凝土自重大和韧性差的问题，提供了一种轻质高延性地聚物材料及其制备方法。
4.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案:
5.第一方面，本发明提供一种轻质高延性地聚物材料，由以下重量份的原料制备而成：粉煤灰35
‑
40份；粒化高炉矿渣10
‑
15份；偏高领土3
‑
5份；硅灰3
‑
5份；粉煤灰漂珠10
‑
15份； pva纤维1
‑
1.5份；多壁碳纳米管0.1
‑
0.15份；水10
‑
15份；水玻璃15
‑
20份；氢氧化钠2
‑
4 份；分散剂0.2
‑
0.4份。
6.作为优选方案，所述的粉煤灰为f类i级粉煤灰，氧化钙含量为5％
‑
8％。
7.所述的粒化高炉矿渣为s95矿粉，比表面积为400
‑
500m2/kg。
8.所述的偏高岭土的平均粒径为100
‑
150nm；
9.所述的硅灰的sio2含量为92％
10.所述的粉煤灰漂珠为空心陶瓷微珠，堆积密度为0.4
‑
0.5g/cm3，粒度范围为75
‑
300μm。
11.所述的pva纤维长度为8
‑
12mm，直径为10
‑
20μm。
12.所述的多壁碳纳米管为工业级羟基化多壁碳纳米管，长度为10
‑
30nm，比表面积为 150m2/g
‑
200m2/g。
13.所述的水玻璃模数为初始3
‑
3.4，含水率为45％
‑
65％
14.所述的氢氧化钠纯度大于95％的固体。
15.所述的分散剂为十二烷基硫酸钠，纯度大于99％的固体。
16.第二方面，本发明提供一种轻质高延性地聚物材料的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤:
17.(s1)原料称取：按重量份称取粉煤灰40
‑
50份；粒化高炉矿渣10
‑
15份；偏高领土3
‑
5 份；硅灰3
‑
5份；粉煤灰漂珠5
‑
15份。
18.(s2)复合激发剂制备：按重量份称取多壁碳纳米管0.1
‑
0.15份；水10
‑
15份；水玻璃 15
‑
20份；氢氧化钠2
‑
4份；分散剂0.2
‑
0.4份，混合后充分搅拌，然后放入温度为60
°
超声清洗机中震荡30
‑
40分钟。
19.(s3)称取原料倒入搅拌机中，低速搅拌1～2分钟；称取复合激发剂加入搅拌机干料中，高速搅拌1
‑
2分钟；称取pva加入搅拌均匀的地聚物浆料，再搅拌3
‑
5分钟，直至纤维分散均匀。
20.(s4)将搅拌好的料浆倒入模具，振动密实，24小时后拆模，继续养护至28天，得到所述轻质高延性地聚物材料。
21.与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:
22.1、本发明利用粉煤灰漂珠替代石英砂制备轻质高延性地聚物材料，具有密度小，强度高，延性好的有点，解决了目前地聚物材料自重大，易开裂的缺点。
23.2、本发明发明利用pva和多壁碳纳米管同时增强地聚物的延性，作为耗能材料在工程中的应用，轻质高延性地聚物材料具有较高的能量吸收和变形能力使其可用于抗震结构关键部位的梁、柱、墙以及梁柱节点等部位。
24.3、本发明作为加固和修复材料在工程中的应用，轻质高延性地聚物材料具有超高韧性，自重轻和多缝开裂特性，使其在土木工程修复加固领域有着较广阔的应用空间。
附图说明
25.图1为本发明中实施例1的轻质高延性地聚物材料的28天应力应变曲线。
具体实施方式
26.以下结合附图与具体实施例对本发明的技术方案作进一步地详细阐述。
27.实施例1
28.本实施例提供一种轻质高延性地聚物的制备方法，具体的制备方法为:
29.(1)按重量份称取粉煤灰50份，粒化高炉矿渣12份，偏高领土3份，硅灰3份和粉煤灰漂珠5份，倒入搅拌机中，低速搅拌1分钟。
30.(2)按重量份称取多壁碳纳米管0.1份，水11.2份，水玻璃15.3份，氢氧化钠2.8份，分散剂0.27份，混合后充分搅拌，然后放入温度为60
°
超声清洗机中震荡30分钟。
31.(3)将复合激发剂加入搅拌机干料中，高速搅拌2分钟；称取1.2份pva加入搅拌均匀的地聚物浆料，再搅拌5分钟，直至纤维分散均匀，即可得到轻质高延性地聚物材料。
32.实施例2
33.本实施例提供一种轻质高延性地聚物的制备方法，具体的制备方法为:
34.(1)按重量份称取粉煤灰45份，粒化高炉矿渣12份，偏高领土3份，硅灰3份和粉煤灰漂珠10份，倒入搅拌机中，低速搅拌1分钟。
35.(2)按重量份称取多壁碳纳米管0.1份，水11.2份，水玻璃15.3份，氢氧化钠2.8份，分散剂0.27份，混合后充分搅拌，然后放入温度为60
°
超声清洗机中震荡30分钟。
36.(3)将复合激发剂加入搅拌机干料中，高速搅拌2分钟；称取1.2份pva加入搅拌均
匀的地聚物浆料，再搅拌5分钟，直至纤维分散均匀，即可得到轻质高延性地聚物材料。
37.实施例3
38.本实施例提供一种轻质高延性地聚物的制备方法，具体的制备方法为:
39.(1)按重量份称取粉煤灰40份，粒化高炉矿渣12份，偏高领土3份，硅灰3份和粉煤灰漂珠15份，倒入搅拌机中，低速搅拌1分钟。
40.(2)按重量份称取多壁碳纳米管0.1份，水11.2份，水玻璃15.3份，氢氧化钠2.8份，分散剂0.27份，混合后充分搅拌，然后放入温度为60
°
超声清洗机中震荡30分钟。
41.(3)将复合激发剂加入搅拌机干料中，高速搅拌2分钟；称取1.2份pva加入搅拌均匀的地聚物浆料，再搅拌5分钟，直至纤维分散均匀，即可得到轻质高延性地聚物材料。
42.表1为轻质高延性地聚物材料28d的性能检测结果
[0043][0044]
通过采用粉煤灰漂珠作为轻质填充材料实现了地聚物材料的轻质，同时使用pva和多壁碳纳米管从细观和微观的尺度提高地聚物材料的延性。如表1，所制备的地聚物材料，具有轻质和高延性的特点，同时具有良好的工作性能。
[0045]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。