水泥胶砂及其制备方法

1.本发明涉及道路工程材料技术领域，具体涉及一种纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂及其制备方法。


背景技术：

2.目前随着各种超高层建筑、大跨度跨海桥梁和高等公路建设行业的不断发展，水泥作为其建构的主要材料，其用量也在不断地增加，如今并未发现能完全代替水泥的建筑材料。
3.由于水泥基材料在投入使用的过程中会出现裂缝与局部破坏等现象，当氯离子或者其他对钢筋或者水泥有害的物质通过裂缝与损伤进入到结构内部时，结构会出现碳化与表面脱落现象，内部钢筋会加速生锈，从而导致建筑结构耐久性变差、承载力下降与外表不美观等问题。
4.而如今的水泥基材料针对裂缝和局部破坏等现象主要采用修补料填涂的方式，但是不能兼顾水泥基材料的力学性能的同时减少水泥基材料的的冻融损坏与氯离子侵蚀的问题。因此，开发出一种新型复合水泥材料来解决上述问题显得尤为关键。
5.公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本技术提供了一种纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂及其制备方法，旨在解决保证水泥基材料的力学性能的同时减少水泥基材料的的冻融损坏与氯离子侵蚀。
7.为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：根据本公开的一个方面，提供一种水泥胶砂，以重量份计，由以下原料制成：iso标准砂280～330份，水泥70～90份，粉煤灰16～25份，水40～60份，纳米氮化铝0.025～0.075份，水刺无纺布/熔喷布纤维5～12份，减水剂0.03～0.08份，消泡剂0.02～0.05份。
8.在本公开的一些实施例中，所述的水泥胶砂，以重量份计，由下列重量份的原料制成：iso标准砂290～320份，水泥75～85份，粉煤灰18～22份，水40～60份，纳米氮化铝0.04～0.06份，水刺无纺布/熔喷布纤维6～10份，减水剂0.04～0.06份，消泡剂0.03～0.04份。
9.在本公开的一些实施例中，所述的水泥胶砂，以重量份计，由下列重量份的原料制成：iso标准砂300份，水泥80份，粉煤灰20份，水50份，纳米氮化铝0.05份，水刺无纺布/熔喷布纤维8份，减水剂0.0625份，消泡剂0.0375份。
10.在本公开的一些实施例中，所述的水泥为p.o42.5水泥。
11.在本公开的一些实施例中，所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
12.在本公开的一些实施例中，所述的减水剂为聚羧酸减水剂。
13.在本公开的一些实施例中，所述的消泡剂为粉状消泡剂。
14.根据本公开的另一个方面，提供一种水泥胶砂的制备方法，包括以下步骤：（1）制备拌合用水：按照上述的重量份数选取原料；将水、纳米氮化铝、减水剂和消泡剂混合改性；（2）制备分散水刺无纺布/熔喷布纤维：将水刺无纺布/熔喷布纤维和粉煤灰以1:10.4的质量比混合，经低速行星搅拌，即得；（3）制备水泥胶砂：将水泥和步骤（2）所得的水刺无纺布/熔喷布纤维、粉煤灰同水泥混合经低速行星搅拌，后同步骤（1）所得拌合用水混合，经低速行星搅拌，后同iso标准砂混合，经高速行星搅拌，即得。
15.在本公开的一些实施例中，所述步骤（1）所述的水泥胶砂拌合的制备过程中，先将纳米氮化铝、减水剂、同水混合，然后经过超声波分散10min～20min，即得到拌合用水。
16.在本公开的一些实施例中，所述步骤（2）或/和（3）中所述的低速行星搅拌过程为：公转转速为60r/min、自转转速为140r/min的条件下低速搅拌5min。步骤（3）中所述的高速行星搅拌过程为：公转转速为120r/min、自转转速为280r/min条件下低速搅拌1min。
17.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：1. 纳米氮化铝中的活性官能团吸附水泥颗粒，促进水化产物聚集生长，减少毛细孔、气孔，改善孔隙结构，填充裂缝，阻碍细纹扩展，改变水化产物形貌；其中的亲水官能团营造富水环境，促进水泥长期水化，增加水泥水化程度，改善itz结构，使水泥浆界面更密实；其中的离子键与ca
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等发生键合反应，减少凝胶孔、层间孔，形成3d网状结构，使c-s-h结构更致密，减少应力集中，促进应力传递；同时微片径填充微细孔隙，充当细料，能够填充浆体间的空隙。
18.2. 水刺无纺布/熔喷布纤维在水泥基材料中不易分散，浆体之间的界面结合程度不一，水泥浆体不易填充它们之间的缝隙，从而增加了孔隙或者孔洞出现的几率；其在水泥基材料中的桥联作用中能够提升水泥基材料的抗裂性能与抗拉性能；其中水刺无纺布/熔喷布纤维还具有一定的引气作用和一定的吸水吸湿性，在一定程度上可以减少基体的自由水，并且引入一定量的气泡，从而降低流动度，增加孔隙。
19.3. 纳米氮化铝在一定程度上降低水刺无纺布/熔喷布纤维造成的孔隙率，减少水泥胶砂内部的孔隙与裂缝，并在基体中形成三维网状结构，吸收水泥水化产生的应力，延缓水泥胶砂的变形及开裂，提高水泥胶砂的抗变形能力，提升了水泥胶砂的力学强度和耐久性能，同时也提高水泥胶砂的抗干缩性能和抗冻性能。
20.4. 聚羧酸减水剂中的减水剂结构中具有亲水性的支链，吸附在水泥颗粒表面时形成亲水性立体吸附层，当水泥颗粒靠近时，在水泥颗粒间产生空间位阻作用越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得混凝土的坍落度保持良好；其中减水剂中的亲水基极性很强，水泥颗粒表面的减水吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，其具有很好的润滑作用，能够降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高；减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷（通常为负电荷），形成静
电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构解体，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加拌合物的流动性。粉体消泡剂可以在混凝土在浇筑过程中可以在一定程度上增加水泥基材料密实度，提升其力学性。
21.5. 本技术属于高强高耐久的水泥胶砂，力学性能优良，可以增强水泥基材料抗折强度、抗压强度等力学性能，对延长水泥基材料使用寿命具有重大意义；其原料无毒无害，且原材料来源广泛，生产过程无污染且价格低廉，其制备工艺简单，成本低，具有良好的社会、经济效益。
具体实施方式
22.下面结合实施例来说明本技术的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本技术，并不以任何方式限制本技术的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
23.实施例一一种纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂，以重量份计，由下列重量份的原料制成：iso标准砂300份，水泥80份，粉煤灰20份，水40份，纳米氮化铝0.05份，水刺无纺布/熔喷布纤维10份，减水剂0.05份，消泡剂0.03份；本实施例所采用的水泥为p.o42.5水泥，所采用的粉煤灰为一级粉煤灰，所采用的减水剂为聚羧酸减水剂，所采用的消泡剂为粉状消泡剂。
24.实施例二一种纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂，以重量份计，由下列重量份的原料制成：iso标准砂300份，水泥80份，粉煤灰20份，水45份，纳米氮化铝0.05份，水刺无纺布/熔喷布纤维7份，减水剂0.046份，消泡剂0.034份；本实施例所采用的水泥为p.o42.5水泥，所采用的粉煤灰为一级粉煤灰，所采用的减水剂为聚羧酸减水剂，所采用的消泡剂为粉状消泡剂。
25.实施例三一种纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂，以重量份计，由下列重量份的原料制成：iso标准砂300份，水泥80份，粉煤灰20份，水50份，纳米氮化铝0.05份，水刺无纺布/熔喷布纤维9份，减水剂0.04份，消泡剂0.038份；本实施例所采用的水泥为p.o42.5水泥，所采用的粉煤灰为一级粉煤灰，所采用的减水剂为聚羧酸减水剂，所采用的消泡剂为粉状消泡剂。
26.实施例四一种纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂以重量份计，由下列重量份的原料制成：iso标准砂300份，水泥80份，粉煤灰20份，水55份，纳米氮化铝0.075份，水刺无纺布/熔喷布纤维8份，减水剂0.035份，消泡剂0.034份；本实施例所采用的水泥为p.o42.5水泥，所采用的粉煤灰为一级粉煤灰，所采用的减水剂为聚羧酸减水剂，所采用的消泡剂为粉状消泡剂。
27.实施例五一种纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂以重量份计，由下列重量份的原料制成：iso标准砂300份，水泥80份，粉煤灰20份，水60份，纳米氮化铝0.075份，水刺无纺布/熔喷布纤维9份，减水剂0.06份，消泡剂0.038份；本实施例所采用的水泥为p.o42.5水泥，所采用的粉煤灰为一级粉煤灰，所采用的减水剂为聚羧酸减水剂，所采用的消泡剂为粉状消泡
剂。
28.实施例六一种纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂以重量份计，由下列重量份的原料制成：iso标准砂300份，水泥80份，粉煤灰20份，水60份，纳米氮化铝0.075份，水刺无纺布/熔喷布纤维10份，减水剂0.06份，消泡剂0.034份；本实施例所采用的水泥为p.o42.5水泥，所采用的粉煤灰为一级粉煤灰，所采用的减水剂为聚羧酸减水剂，所采用的消泡剂为粉状消泡剂。
29.以上实施例中的纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂的制备方法包括下列步骤：分别按照实施例一至六中所述的重量份数选取原料。
30.（1）制备拌合用水：将水、纳米氮化铝、减水剂、消泡剂混合改性：先将水、纳米氮化铝、减水剂、消泡剂混合，后经过超声分散15min，即得。
31.（2）制备分散水刺无纺布/熔喷布纤维：将水刺无纺布/熔喷布纤维和粉煤灰以1:10.4的质量比混合，经低速行星搅拌，即得。
32.（3）制备水泥胶砂：将水泥和步骤（2）所得的水刺无纺布/熔喷布纤维、粉煤灰同水泥混合经低速行星搅拌，后同步骤（1）所得拌合用水混合，经低速行星搅拌，后同iso标准砂混合，经高速行星搅拌，即得。
33.步骤（2）、（3）中所述的低速行星搅拌过程为：公转转速为60r/min、自转转速为140r/min的条件下低速搅拌5min。步骤（3）中所述的高速行星搅拌过程为：公转转速为120r/min、自转转速为280r/min条件下低速搅拌1min。
34.对实施例一至六中的纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂进行力学性能试验，试验项目包括抗折强度试验、抗压强度试验、立方体抗压强度试验和轴心抗压强度试验，用以测试本技术纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂的力学性能，并与不添加纳米材料的普通水泥胶砂进行对比分析，试验结果见下表1。
35.表1实施例一至六中纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂的力学性能试验数据。
36.。
37.从表1可知，本发明纳米氮化铝掺杂无纺布纤维水泥胶砂满足国家标准gb/t 17671-1999,《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》的相关要求，其抗折性能、抗压性能指标明显高于普通水泥胶砂，表明本发明水泥胶砂的力学性能优越。
38.尽管已描述了本发明的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
39.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本实发明也意图包含这些改动和变型在内。