本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种保温砂浆用气凝胶-玄武岩复合纤维及其制备方法。
背景技术：
玄武岩纤维是一种新型的无机纤维材料，是由火山爆发形成的一种玻璃态的玄武岩矿石经高温熔融后快速拉制而成的一种高性能矿物纤维。具有导热系数小、弹性模量高、拉伸强度大、分散性好、与水泥基材料的相容性好以及成本低、来源广泛等优点。目前，玄武岩纤维已被用于改善普通水泥砂浆、混凝土、保温砂浆的性能。
但是，玄武岩纤维在应用与保温砂浆时，还存在着保温性能欠佳、力学强度有待提高的问题。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明旨在提供一种保温性能好、力学强度高、质轻的。
本发明通过以下技术方案实现：
一种保温砂浆用气凝胶-玄武岩复合纤维，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
玄武岩纤维20-30，埃洛石纳米管10-15，液体石蜡5-10，吐温-80 1-2，氯化钙溶液30-40，碳酸盐溶液30-40，硅酸钠溶液40-50，稀盐酸溶液20-30，硅烷偶联剂乙醇溶液50-100，聚丙烯乳液8-15。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将玄武岩纤维置于其体积10-20倍的质量浓度为4-6%的稀盐酸溶液中，浸泡2-3h，然后过滤冲洗至中性，并置于真空罐中，抽真空至0.08-0.09MPa，然后加热至120-170℃，将玄武岩纤维烘干至恒重，并球磨至长度≤20μm；
（2）将步骤（1）所得玄武岩纤维利用埃洛石纳米管进行改性；
（3）将步骤（2）所得改性玄武岩纤维加入到其体积30-50倍的去离子水中，300-400rpm下分散均匀，然后加热至60-70℃，加入液体石蜡、吐温-80，加速至800-1000rpm，乳化分散30-40min后，向其中加入20-30%的氯化钙溶液，继续乳化1-2h，然后边搅拌边滴加碳酸盐溶液，滴加完毕后，降速至600-800rpm，搅拌2-3h，冷却至室温，过滤，然后置于40-50℃下干燥；
（4）将步骤（3）所得物加入到20-50%的硅酸钠溶液中，升温至30-40℃，超声分散20-30min，然后加入3-5%的稀盐酸溶液，并在200-300rpm下搅拌反应2-4h，静置3-5h后，过滤，用蒸馏水和乙醇交替冲洗所得物，重复4-6次，然后放入-40～-48℃的冷冻干燥箱中干燥，干燥后粉碎至粒度为10-50μm，即可。
进一步的，步骤（2）所述利用埃洛石纳米管改性玄武岩纤维具体操作方法为：
将步骤（1）所得玄武岩纤维加入到2-6%的硅烷偶联剂乙醇溶液中，80-100Hz下超声处理30-40min，然后加入聚丙烯乳液、埃洛石纳米管，升温至70-80℃，继续超声处理1-2h，然后过滤，在100-120℃的鼓风干燥箱中烘干即可。
进一步的，步骤（3）所述氯化钙溶液质量浓度为30-40%。
进一步的，步骤（3）所述碳酸盐溶液质量浓度为10-30%，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸铵、碳酸钾中的一种。
进一步的，所述埃洛石纳米管经过以下预处理：将埃洛石纳米管依次经过3-8%的稀盐酸、2-5%的氢氧化钠溶液、无水乙醇、丙酮、蒸馏水浸泡，辅以200-300rpm的搅拌处理，每次浸泡后都利用蒸馏水洗涤3-5次，烘干，重复上述操作2-3次。
进一步的，所述埃洛石纳米管粒径为50-1000nm，内径为10-20nm。
进一步的，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-560中的一种。
进一步的，所述聚丙烯乳液固含量为30-40%。
本发明的有益效果：本发明制备的保温砂浆用气凝胶-玄武岩复合纤维应用于保温砂浆时，不仅抗压强度、抗折强度较高，同时具有相变储温的功能，保温性能、抗冻性能较好，改善了纤维的功能单一性；将埃洛石纳米管进行预处理，充分激活其活性位点，促进其在玄武岩纤维上的附着；利用聚丙烯乳液、埃洛石纳米管对玄武岩纤维进行改性，使纳米尺寸的埃洛石纳米管粘附在为米尺寸的玄武岩纤维上，不仅增大了玄武岩纤维的吸附面积和吸附能力，同时与玄武岩纤维形成交错的网络结构，增强了玄武岩纤维的抗弯抗压性能，力学强度得到大幅度提高；利用经过埃洛石纳米管改性的玄武岩纤维对液体石蜡进行吸附，使其具有相变储温的功能，增强其保温性能，提高其抗冻性；再利用氯化钙和碳酸盐溶液在其表面形成碳酸钙包覆，一方面有效防止了相变材料的外泄，保证其稳定性，另一方面，形成的碳酸钙外壳也促进了改性玄武岩在后续二氧化硅气凝胶中的分散性，保证其分散均匀，实现二氧化硅气凝胶的均匀包覆；利用二氧化硅气凝胶在最外层包覆，进一步提高了复合纤维的保温性能，同时为后续在保温砂浆中的应用做准备，提高其分散性能和界面结合性能。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。
实施例1
一种保温砂浆用气凝胶-玄武岩复合纤维，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
玄武岩纤维20，埃洛石纳米管10，液体石蜡5，吐温-80 1，氯化钙溶液30，碳酸盐溶液30，硅酸钠溶液40，稀盐酸溶液20，硅烷偶联剂乙醇溶液50，聚丙烯乳液8。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将玄武岩纤维置于其体积10倍的质量浓度为4%的稀盐酸溶液中，浸泡2h，然后过滤冲洗至中性，并置于真空罐中，抽真空至0.08MPa，然后加热至120℃，将玄武岩纤维烘干至恒重，并球磨至长度≤20μm；
（2）将步骤（1）所得玄武岩纤维利用埃洛石纳米管进行改性；
（3）将步骤（2）所得改性玄武岩纤维加入到其体积30倍的去离子水中，300rpm下分散均匀，然后加热至60℃，加入液体石蜡、吐温-80，加速至800rpm，乳化分散30min后，向其中加入20%的氯化钙溶液，继续乳化1h，然后边搅拌边滴加碳酸盐溶液，滴加完毕后，降速至600rpm，搅拌2h，冷却至室温，过滤，然后置于40℃下干燥；
（4）将步骤（3）所得物加入到20%的硅酸钠溶液中，升温至30℃，超声分散20min，然后加入3%的稀盐酸溶液，并在200rpm下搅拌反应2h，静置3h后，过滤，用蒸馏水和乙醇交替冲洗所得物，重复4次，然后放入-40℃的冷冻干燥箱中干燥，干燥后粉碎至粒度为10μm，即可。
进一步的，步骤（2）所述利用埃洛石纳米管改性玄武岩纤维具体操作方法为：
将步骤（1）所得玄武岩纤维加入到2-6%的硅烷偶联剂乙醇溶液中，80Hz下超声处理30min，然后加入聚丙烯乳液、埃洛石纳米管，升温至70℃，继续超声处理1h，然后过滤，在100℃的鼓风干燥箱中烘干即可。
进一步的，步骤（3）所述氯化钙溶液质量浓度为30%。
进一步的，步骤（3）所述碳酸盐溶液质量浓度为10%，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸铵、碳酸钾中的一种。
进一步的，所述埃洛石纳米管经过以下预处理：将埃洛石纳米管依次经过3%的稀盐酸、2%的氢氧化钠溶液、无水乙醇、丙酮、蒸馏水浸泡，辅以200rpm的搅拌处理，每次浸泡后都利用蒸馏水洗涤3次，烘干，重复上述操作2次。
进一步的，所述埃洛石纳米管粒径为50nm，内径为10nm。
进一步的，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-560中的一种。
进一步的，所述聚丙烯乳液固含量为30%。
实施例2
一种保温砂浆用气凝胶-玄武岩复合纤维，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
玄武岩纤维25，埃洛石纳米管12，液体石蜡7，吐温-80 2，氯化钙溶液35，碳酸盐溶液35，硅酸钠溶液45，稀盐酸溶液25，硅烷偶联剂乙醇溶液70，聚丙烯乳液10。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将玄武岩纤维置于其体积15倍的质量浓度为5%的稀盐酸溶液中，浸泡3h，然后过滤冲洗至中性，并置于真空罐中，抽真空至0.085MPa，然后加热至150℃，将玄武岩纤维烘干至恒重，并球磨至长度≤20μm；
（2）将步骤（1）所得玄武岩纤维利用埃洛石纳米管进行改性；
（3）将步骤（2）所得改性玄武岩纤维加入到其体积40倍的去离子水中，350rpm下分散均匀，然后加热至65℃，加入液体石蜡、吐温-80，加速至900rpm，乳化分散35min后，向其中加入25%的氯化钙溶液，继续乳化2h，然后边搅拌边滴加碳酸盐溶液，滴加完毕后，降速至700rpm，搅拌3h，冷却至室温，过滤，然后置于45℃下干燥；
（4）将步骤（3）所得物加入到30%的硅酸钠溶液中，升温至35℃，超声分散25min，然后加入4%的稀盐酸溶液，并在250rpm下搅拌反应3h，静置4h后，过滤，用蒸馏水和乙醇交替冲洗所得物，重复5次，然后放入-45℃的冷冻干燥箱中干燥，干燥后粉碎至粒度为30μm，即可。
进一步的，步骤（2）所述利用埃洛石纳米管改性玄武岩纤维具体操作方法为：
将步骤（1）所得玄武岩纤维加入到4%的硅烷偶联剂乙醇溶液中，90Hz下超声处理35min，然后加入聚丙烯乳液、埃洛石纳米管，升温至75℃，继续超声处理2h，然后过滤，在110℃的鼓风干燥箱中烘干即可。
进一步的，步骤（3）所述氯化钙溶液质量浓度为35%。
进一步的，步骤（3）所述碳酸盐溶液质量浓度为20%，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸铵、碳酸钾中的一种。
进一步的，所述埃洛石纳米管经过以下预处理：将埃洛石纳米管依次经过5%的稀盐酸、4%的氢氧化钠溶液、无水乙醇、丙酮、蒸馏水浸泡，辅以250rpm的搅拌处理，每次浸泡后都利用蒸馏水洗涤4次，烘干，重复上述操作3次。
进一步的，所述埃洛石纳米管粒径为100nm，内径为15nm。
进一步的，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-560中的一种。
进一步的，所述聚丙烯乳液固含量为35%。
实施例3
一种保温砂浆用气凝胶-玄武岩复合纤维，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
玄武岩纤维30，埃洛石纳米管15，液体石蜡10，吐温-80 2，氯化钙溶液40，碳酸盐溶液40，硅酸钠溶液50，稀盐酸溶液30，硅烷偶联剂乙醇溶液100，聚丙烯乳液15。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将玄武岩纤维置于其体积20倍的质量浓度为6%的稀盐酸溶液中，浸泡3h，然后过滤冲洗至中性，并置于真空罐中，抽真空至0.09MPa，然后加热至170℃，将玄武岩纤维烘干至恒重，并球磨至长度≤20μm；
（2）将步骤（1）所得玄武岩纤维利用埃洛石纳米管进行改性；
（3）将步骤（2）所得改性玄武岩纤维加入到其体积50倍的去离子水中，400rpm下分散均匀，然后加热至70℃，加入液体石蜡、吐温-80，加速至1000rpm，乳化分散40min后，向其中加入30%的氯化钙溶液，继续乳化2h，然后边搅拌边滴加碳酸盐溶液，滴加完毕后，降速至800rpm，搅拌3h，冷却至室温，过滤，然后置于50℃下干燥；
（4）将步骤（3）所得物加入到50%的硅酸钠溶液中，升温至40℃，超声分散30min，然后加入5%的稀盐酸溶液，并在300rpm下搅拌反应4h，静置5h后，过滤，用蒸馏水和乙醇交替冲洗所得物，重复6次，然后放入-48℃的冷冻干燥箱中干燥，干燥后粉碎至粒度为50μm，即可。
进一步的，步骤（2）所述利用埃洛石纳米管改性玄武岩纤维具体操作方法为：
将步骤（1）所得玄武岩纤维加入到6%的硅烷偶联剂乙醇溶液中，100Hz下超声处理40min，然后加入聚丙烯乳液、埃洛石纳米管，升温至80℃，继续超声处理2h，然后过滤，在120℃的鼓风干燥箱中烘干即可。
进一步的，步骤（3）所述氯化钙溶液质量浓度为40%。
进一步的，步骤（3）所述碳酸盐溶液质量浓度为30%，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸铵、碳酸钾中的一种。
进一步的，所述埃洛石纳米管经过以下预处理：将埃洛石纳米管依次经过8%的稀盐酸、5%的氢氧化钠溶液、无水乙醇、丙酮、蒸馏水浸泡，辅以300rpm的搅拌处理，每次浸泡后都利用蒸馏水洗涤5次，烘干，重复上述操作3次。
进一步的，所述埃洛石纳米管粒径为1000nm，内径为20nm。
进一步的，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-560中的一种。
进一步的，所述聚丙烯乳液固含量为40%。
对比实施例1
本对比实施例相比于实施例1，省略了埃洛石纳米管的加入，除此之外的方法步骤都相同。
对比实施例2
本对比实施例相比于实施例1，省略了液体石蜡的加入，除此之外的方法步骤都相同。
对比实施例3
本对比实施例相比于实施例1，省略了氯化钙、碳酸盐溶液的加入，除此之外的方法步骤都相同。
对比实施例4
本对比实施例相比于实施例1，省略了硅酸钠溶液的加入，除此之外的方法步骤都相同。
实验：
采用WDW3020微控电子万能试验机分别对各组所得复合纤维进行室温拉伸、压缩和剪切力学性能测试，测试结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，本发明制备的气凝胶-玄武岩复合纤维具有较高的拉伸强度、压缩强度和剪切强度，力学性能较好。
将各组所得复合纤维分别与水泥、玻化微珠、胶粉、纤维素醚以相同的配比制成保温砂浆，并养化成型，然后进行以下测试：
抗压、抗折强度测试：按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》进行测试，试件尺寸 40 mm×40 mm×160 mm；
抗冻性测试：参照 GB/T 20473—2006《建筑保温砂浆》进行，用冻融强度损失率表示其抗冻性能。
保温性能测试：保温性能越好，导热系数越低。导热系数参照《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T10294-2008 测定；
测试数据如表1所示：
表2
由表2可以看出，本发明制备的保温砂浆用气凝胶-玄武岩复合纤维应用于保温砂浆时，不仅抗压强度、抗折强度较高，同时具有保温性能、抗冻性能较好，改善了纤维的功能单一性。