一种复合材料增韧陶粒混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于混凝土的制备领域，具体涉及一种复合材料增韧陶粒混凝土及其制备方法。
【背景技术】
[0002]国务院办公厅《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见的通知》规定:沿海城市与其他土地资源稀缺的城市从2000年6月开始禁止使用实心粘土砖，以保护我国有限的土地资源。发展不用土或少用土的页岩陶粒、粉煤灰陶粒等有利于保护土地资源、促进生态文明。在国外，陶粒混凝土已经广泛运用于建筑砌块和大型墙板中，甚至用于承重结构中，经济效益十分明显。相对于代替粘土砖作为外墙材料的加气砌块，加气陶粒混凝土砌块在密度相当的前提下，由于有陶粒作为骨料，强度有所提高。与一般混凝土相比，除了具有密度低的优点之外，陶粒混凝土由于采用页岩、城市建筑垃圾或者淤泥生产的陶粒代替石子作为骨料，还具有保温效果好、耐侵蚀、隔音效果好、环保等优点。随着中国近年来快速的城市化进程，陶粒混凝土的使用范围将会越来越广。然而，目前再生骨料混凝上承重结构抗震与抗冲击性能试验还有待提高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种复合材料增韧陶粒混凝土及其制备方法。该混凝土具有良好的韧性、各向同性、抗疲劳性、密实性、抗裂性能、抗冲击性能和抗渗性能，是一种高性能混凝土增韧材料，制备得到的混凝土 28天抗压强度可以达到30-60 MPa，适合建筑承重结构。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一、一种复合材料增韧陶粒混凝土，按重量份计，包括以下组分:水泥320-360份、锂渣粉40-80份、硅灰20-40份、再生粗骨料700-900份、陶粒500-800份、减水剂3-4份、水100-120份、聚丙烯酸酯10-20份、增韧用复合材料20-30份、葡萄糖酸钠0.05?0.1份、三乙醇胺10-15份;所述的增韧用复合材料由以下重量份的原料制成:改性二氧化硅纳米管1.2-1.8份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物22-28份、活化木粉纤维46-50份、硅烷偶联剂3.5-5份、增溶剂3.0-3.5份、填料4-6份和水180-220份。
[0005]二、所述活化木粉纤维的制备方法为:室温下取木粉纤维45 kg，在136 L 20 wt%氢氧化钠水溶液中搅拌36 h后过滤，将木粉纤维用水洗至中性;然后，将木粉纤维在90 L18 ?丨%过氧化氢水溶液中搅拌30 h，过滤并用水洗净;再将木粉纤维加入到pH为8、25 wt%吐温20水溶液中超声3 h，搅拌18 h后过滤，用水洗净后，于60-62°C下真空干燥24 h后待用；
所述的木粉纤维的粒径为100-230目。
[0006]三、所述的改性二氧化硅纳米管制备方法包括以下步骤:
(I)在两个相同的5 L尼龙罐中各装入30颗直径为10 mm的不锈钢球和45颗直径为5 mm的不锈钢球，然后分别加入0.9 kg二氧化硅纳米管，再分别滴加90 ml无水乙醇，并用尼龙盖密封;将两个球磨罐对称地放入球磨机中，在转速为400 rpm、且每30分钟自动转换旋转方向的条件下球磨处理48 h；
(2)取步骤(I)处理后的二氧化硅纳米管加入到pH为8、20wt%吐温20水溶液中超声18h，过滤，用水洗净后，于55-57°C下真空干燥15 h;
(3)取步骤(2)处理后的二氧化硅纳米管在40L、35 ?丨%氢氧化钠水溶液中搅拌48小时，过滤，将粉末用纯水洗净后，于58-60°C下真空干燥18 h;
(4)取步骤(3)处理后的二氧化硅纳米管在35L、20 ￥丨％的双氧水中搅拌72小时，过滤，将粉末用纯水洗净后，于50-52°C下真空干燥48 h，得到1.52-1.60 kg表面带羟基的二氧化硅纳米管；
(5)取步骤(4)制备的表面带羟基的二氧化硅纳米管1.5kg，加入到40 L二氯甲烷中，在氮气保护下室温超声处理3 h后，加入110 ml三氟化硼-乙醚络合物并室温搅拌3 h;再在-13?-15°C和搅拌条件下，缓慢滴加570 ml 3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷，控制滴加时间为6h;滴加完毕后于-11?-13°C继续搅拌I h;然后加入550 ml无水甲醇，按5500-6000 rpm离心处理20-25 min，分离回收溶剂，粉末经无水甲醇洗净并在室温下真空干燥24 h后，得到1.77-1.86 kg改性二氧化硅纳米管；
步骤(I)所述二氧化硅纳米管的纯度>96%，长度为2-4μπι，管径为150-300 nm，比表面积>500 m2/g0
[0007]四、所述的增韧用复合材料制备方法包括以下步骤:
(1)选取改性二氧化硅纳米管、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、木粉纤维、硅烷偶联剂、增溶剂、填料和水备用；
(2)在室温下将硅烷偶联剂加入水中，搅拌至完全溶解;然后将改性二氧化硅纳米管和活化木粉纤维加入到硅烷偶联剂水溶液中，超声3 h后，搅拌5 h，再升温至59-61°C搅拌36h，过滤，将粉末按500 r/min离心处理35 min，再将粉末在53_55°C下真空干燥30小时待用；
(3)将填料、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和步骤(2)得到的粉末装入高速混合机中，在350-400 r/min转速下分散3-4 h后，升温至105_110°C，再加入增溶剂，在530-600 r/min转速下分散18-22 min后，放入冷混锅中冷却，待温度降到48_50°C时放料，得到初混料；
(4)将步骤(3)制备好的初混料置于温度为175-190°C、转速为70-85r/min的双螺杆挤出机中混炼1-1.5 h后挤出，得到混炼料；
(5)将步骤(4)制备好的混炼料粉碎处理后，得到粒度为90-200目的增韧用复合材料。
[0008]所述增溶剂为马来酸酐接枝共聚物，优选美国Kraton SEBS FG 1901X马来酸酐接枝三元共聚物，其主要指标:马来酸酐接枝物:1.5%;密度:0.91 g/ cm3;熔体指数:22g/1min ；粘度:cps 5000(25°C，25%甲苯溶液)；断裂伸长率:500%;所述填料为针状硅灰石，粒径为1-25ym;所述硅灰比表面积? 1600m2/kg;所述减水剂为萘系高效减水剂，减水率为18-24%;所述锂渣平均粒径为4.0-6.6μπι;
五、一种制备如上所述的混凝土的方法:将水泥、锂渣粉、硅灰、陶粒、再生粗骨料、聚丙烯酸酯、增韧用复合材料按比例混合，搅拌20-30 S，使各粉料混合均匀，再投入减水剂，搅拌30-40 S，再将三乙醇胺、葡萄糖酸钠与水同时加入搅拌机中，搅拌15-20 min;然后进行振捣，浇注，标准养护，得到陶粒混凝土。
[0009]所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的主要指标:密度:1.01g/cm3;熔体流动速率:5.0 g/10min(200°C，5kg)；洛氏硬度:10;弯曲强度:2IMPa；拉伸强度:18 MPa;断裂伸长率:250%;热变形温度:60°C(1.8MPa，未退火)。
[0010]所述硅烷偶联剂为美国联碳公司市售的A-171或A-151硅烷偶联剂。
[OO11 ] 所述过氧化氢水溶液为市售浓度为40wt%的过氧化氢水溶液。
[0012]所述的吐温20为市售的浅黄色粘稠液体，其主要物化指标:活性物:98-99%;皂化值(KOHmg/g):40-50;羟值(KOH mg/g):80-108;HLB值:16.7;酸值(KOHmg/g) <1.0；水份(%)<1.0。
[0013]所述再生粗骨料的制备方法为:对废旧混凝土进行破碎、分拣、筛分、清洗、干燥得到废旧混凝土再生骨料，然后进行筛分得到直径6mm-12mm的再生粗骨料。
[0014]本发明选用二氧化硅和木粉纤维作为增韧材料的原因在于:
二氧化硅纳米管具有力学性能优异的二维纳米管结构，是一种理想的混凝土增韧材料；由于二氧化硅纳米管比表面能高，比表面积大，容易团聚形成块状聚集体而丧失其优异的力学性能，本发明对二氧化硅纳米管进行化学改性，通过在其表面构筑超支化高分子结构，显著增