一种低碳复合地聚物浆料及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种低碳复合地聚物浆料及其制备方法。


背景技术：

2.季冻区即季节性冻土区域，区域内气候条件严酷，常表现为冬严寒、夏酷暑，区域重载交通公路沥青路面病害频发，常见形式有荷载型、高低温型、疲劳型等。国内路面结构在“强基础、薄面层、稳土基”的设计思想指导下，形成了一套符合国情的以半刚性基层为主体的路面设计体系，具有承载能力强、造价低等特点的半刚性基层在干线公路中得到广泛应用。季冻区沥青路面的损坏往往与基层病害有直接关系，尤其是存在先天性隐性微裂缝的半刚性基层，经过一定时间的服役运营，很快发展成为显性的横向反射裂缝，并诱发各类层间及路表病害。在交通荷载的长期作用下，横向反射裂缝及纵向疲劳裂缝不断发展，路表水沿裂缝渗入并在路面结构层间聚集，在荷载动水压力作用下，产生由层间松散、脱空等结构病害引起的唧浆、冻胀等表观病害，并不断发展扩大，导致路面结构承载能力大幅度降低直至丧失。
3.基于公路全寿命周期理念，在设计使用寿命周期内，有针对性、有计划性地对半刚性基层采取养护措施，最大限度地发挥其结构使用价值显得尤为重要。本发明的低碳复合地聚物浆料因具有致密的三维网络胶凝结构，使其早期强度优良，凝结时间随着养护温度升高而逐渐缩短。界面粘结方面，以共价键为主的碱性三维网络凝胶体作为主要产物，与集料界面结合紧密。被固结后的部分抗渗透性能好、施工工艺简单、耐酸碱性好、极具环保性的高聚物注浆材料，可广泛应用于公路铁路基层病害修补工程。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种低碳复合地聚物浆料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种低碳复合地聚物浆料的制备方法，其特征在于，所述低碳复合地聚物浆料是由改性碳化硅纳米线、碱激发剂、预混料、纳米二氧化硅、聚乙烯醇、纯水、木质素磺酸盐、正硅酸乙酯混合而成。
7.作为优化，所述改性碳化硅纳米线是由葡萄糖和碱性硅溶胶反应后煅烧制成碳化硅纳米线，将碳化硅纳米线依次和羟甲基三乙氧基硅烷、甲苯二异氰酸酯、超支化有机硅聚合物反应制得。
8.作为优化，所述超支化有机硅聚合物是由新戊二醇和3-氨丙基三乙氧基硅烷反应制得。
9.作为优化，所述预混料是由硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰和石英砂混合而成。
10.作为优化，所述低碳复合地聚物浆料的制备方法包括以下制备步骤：
11.(1)碳化硅纳米线的制备：将前驱体粉碎并置于玛瑙研钵中研磨30～40min，再加入前驱体质量0.015～0.025倍的氯化钠和前驱体质量0.025～0.035倍氟化钠混合均匀后置于石墨坩埚中，在氩气氛围中，1500～1600℃，煅烧2～3h，降温至600～700℃，置于空气环境保温静置2～3h，冷却至室温，制得碳化硅纳米线；
12.(2)碳化硅纳米线的改性：将碳化硅纳米线、羟甲基三乙氧基硅烷、质量分数15～20％的氨水和无水乙醇按质量比1：1：8：8～1：2：12：12混合均匀，在20～30℃，30～40khz超声30～40min，过滤并用纯水洗涤3～5次，在60～70℃干燥6～8h，得到预改性碳化硅纳米线；将预改性碳化硅纳米线和乙酸乙酯按质量1：2～1：3混合均匀，在氮气氛围中加入预改性碳化硅纳米线质量0.6～0.8倍的甲苯二异氰酸酯和预改性碳化硅纳米线质量0.003～0.005倍的二月桂酸二丁基锡，在10～30℃，300～500r/min搅拌10～15min，再升温至60～70℃，继续搅拌40～50min，再加入预改性碳化硅纳米线质量0.8～1倍的超支化有机硅聚合物，保持温度搅拌条件不变继续反应2～3h，过滤并用无水乙醇洗涤3～5次，在20～30℃，100～500pa静置6～8h，制得改性碳化硅纳米线；
13.(3)混料：将改性碳化硅纳米线、碱激发剂、预混料、纳米二氧化硅、聚乙烯醇、纯水、木质素磺酸盐、正硅酸乙酯按质量比7：9：20：1：0.03：6：0.1：1～9：12：25：3：0.05：8：0.1：2混合均匀，并在20～40℃，600～800r/min搅拌3～5min，制得低碳复合地聚物浆料。
14.作为优化，步骤(1)所述前驱体的制备方法为：将葡萄糖和碱性硅溶胶按质量比1：1～3：4混合均匀，碱性硅溶胶中二氧化硅含量28～32％，氢氧化钠含量0.2～0.4％，其余成分为纯水，在20～30℃，800～1000r/min搅拌30～40min，再静置1～2h，在90～110℃干燥6～8h，再置于氮气氛围中，800～900℃碳化3～4h制备而成。
15.作为优化，步骤(2)所述超支化有机硅聚合物的制备方法为：将新戊二醇、3-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比2：1～3：1混合均匀，再加入新戊二醇质量0.01～0.02倍的对甲苯磺酸，在90～100℃，300～500r/min搅拌20～30min，再升温至150～160℃继续搅拌6～8h，冷却至室温后，在50～60℃，1～2kpa静置30～40min制备而成。
16.作为优化，步骤(3)所述预混料是将偏高岭土、粉煤灰和石英砂2：1：3～3：1：4混合均匀，在10～30℃，500～1000r/min搅拌2～3min制得。
17.作为优化，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐42.5水泥；所述的硫铝酸盐水泥为快硬复合硫铝酸盐42.5水泥；所述偏高岭土的型号为basf sp-33；所述粉煤灰的粒径小于0.5μm；所述石英砂的粒径小于1mm。
18.作为优化，所述粉煤灰的粒径小于100μm；所述石英砂的粒径小于7mm。
19.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
20.本发明在制备低碳复合地聚物浆料时，先将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰和石英砂混合成预混料，将改性碳化硅纳米线、碱激发剂、预混料、纳米二氧化硅、聚乙烯醇、纯水、木质素磺酸盐、正硅酸乙酯混合制得低碳复合地聚物浆料。
21.首先，将新戊二醇和3-氨丙基三乙氧基硅烷反应制得超支化有机硅聚合物；将葡萄糖和碱性硅溶胶反应后煅烧制成碳化硅纳米线，将碳化硅纳米线依次和羟甲基三乙氧基硅烷、甲苯二异氰酸酯、超支化有机硅聚合物反应制得改性碳化硅纳米线，在碳化硅纳米线表面形成缓冲保护层，避免被碱激发剂腐蚀破坏碳化硅纳米线的总体结构，其次超支化有机硅聚合物在碱激发剂的作用下可水解成硅羟基单体，促进各个组分的交联结合，从而提
高了耐腐蚀性能和抗压性能。
22.其次，碱激发剂氢氧根离子使组分中的硅氧共价键和铝氧共价键断裂并形成硅氧四面单体和铝氧四面单体，溶解出的硅氧四面单体和铝氧四面单体不断的扩散并促进更多的含有硅氧共价键和铝氧共价键的组分溶解反应，硅氧四面单体和铝氧四面单体，在反应体系中发生缩聚反应，形成链状、片状或者三维网络结构的无定形溶胶高聚物，进一步脱水聚合，最终硬化，使低碳复合地聚物浆料使用后具有良好的力学性能。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例，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。
24.为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的低碳复合地聚物浆料的各指标测试方法如下：
25.耐腐蚀性能：将各实施例所得的低碳复合地聚物浆料与对比例材料养护定型成相同形状质量的固体块，在相同条件下酸处理相同时间，清洗表面后干燥称重，腐蚀量＝初始质量-腐蚀后质量。
26.抗压性能：将各实施例所得的低碳复合地聚物浆料与对比例材料养护定型成相同大小形状的固体块，测试抗压强度。
27.实施例1
28.一种低碳复合地聚物浆料的制备方法，所述低碳复合地聚物浆料的制备方法主要包括以下制备步骤：
29.(1)碳化硅纳米线的制备：将葡萄糖和碱性硅溶胶按质量比1：1混合均匀，碱性硅溶胶中二氧化硅含量28％，氢氧化钠含量0.2％，其余成分为纯水，在20℃，800r/min搅拌40min，再静置1h，在90℃干燥8h，再置于氮气氛围中，800℃碳化4h，制得前驱体，将前驱体粉碎并置于玛瑙研钵中研磨30min，再加入前驱体质量0.015倍的氯化钠和前驱体质量0.025倍氟化钠混合均匀后置于石墨坩埚中，在氩气氛围中，1500℃，煅烧3h，降温至600℃，置于空气环境保温静置2h，冷却至室温，制得碳化硅纳米线；
30.(2)碳化硅纳米线的改性：将新戊二醇、3-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比2：1混合均匀，再加入新戊二醇质量0.01倍的对甲苯磺酸，在90℃，300r/min搅拌30min，再升温至150℃继续搅拌8h，冷却至室温后，在50℃，1kpa静置40min，制得超支化有机硅聚合物；将碳化硅纳米线、羟甲基三乙氧基硅烷、质量分数15％的氨水和无水乙醇按质量比1：1：8：8混合均匀，在20℃，30khz超声40min，过滤并用纯水洗涤3次，在60℃干燥8h，得到预改性碳化硅纳米线；将预改性碳化硅纳米线和乙酸乙酯按质量1：2混合均匀，在氮气氛围中加入预改性碳化硅纳米线质量0.6倍的甲苯二异氰酸酯和预改性碳化硅纳米线质量0.003倍的二月桂酸二丁基锡，在10℃，300r/min搅拌15min，再升温至60℃，继续搅拌50min，再加入预改性碳化硅纳米线质量0.8倍的超支化有机硅聚合物，保持温度搅拌条件不变继续反应2h，过滤并用无水乙醇洗涤3次，在20℃，100pa静置8h，制得改性碳化硅纳米线；
31.(3)混料：将氢氧化钠和水玻璃按质量比3：18混合均匀，在20℃，500r/min搅拌
3min，配制成碱激发剂；将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰和石英砂6：3：2：1：3共混，在10℃，500r/min搅拌3min得到预混料；将改性碳化硅纳米线、碱激发剂、预混料、纳米二氧化硅、聚乙烯醇、纯水、木质素磺酸盐、正硅酸乙酯按质量比7：9：20：1：0.03：6：0.1：1混合均匀，并在20℃，600r/min搅拌5min，制得低碳复合地聚物浆料。
32.实施例2
33.一种低碳复合地聚物浆料的制备方法，所述低碳复合地聚物浆料的制备方法主要包括以下制备步骤：
34.(1)碳化硅纳米线的制备：将葡萄糖和碱性硅溶胶按质量比1：1.2混合均匀，碱性硅溶胶中二氧化硅含量30％，氢氧化钠含量0.3％，其余成分为纯水，在25℃，900r/min搅拌35min，再静置1.5h，在95℃干燥7h，再置于氮气氛围中，850℃碳化3.5h，制得前驱体，将前驱体粉碎并置于玛瑙研钵中研磨35min，再加入前驱体质量0.020倍的氯化钠和前驱体质量0.03倍氟化钠混合均匀后置于石墨坩埚中，在氩气氛围中，1550℃，煅烧2.5h，降温至650℃，置于空气环境保温静置2.5h，冷却至室温，制得碳化硅纳米线；
35.(2)碳化硅纳米线的改性：将新戊二醇、3-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比2.5：1混合均匀，再加入新戊二醇质量0.015倍的对甲苯磺酸，在95℃，400r/min搅拌25min，再升温至155℃继续搅拌7h，冷却至室温后，在55℃，1.5kpa静置35min，制得超支化有机硅聚合物；将碳化硅纳米线、羟甲基三乙氧基硅烷、质量分数18％的氨水和无水乙醇按质量比1：1.5：10：10混合均匀，在25℃，35khz超声35min，过滤并用纯水洗涤4次，在65℃干燥7h，得到预改性碳化硅纳米线；将预改性碳化硅纳米线和乙酸乙酯按质量1：2～1：3混合均匀，在氮气氛围中加入预改性碳化硅纳米线质量0.7倍的甲苯二异氰酸酯和预改性碳化硅纳米线质量0.004倍的二月桂酸二丁基锡，在20℃，400r/min搅拌12min，再升温至65℃，继续搅拌45min，再加入预改性碳化硅纳米线质量0.9倍的超支化有机硅聚合物，保持温度搅拌条件不变继续反应2.5h，过滤并用无水乙醇洗涤4次，在25℃，300pa静置7h，制得改性碳化硅纳米线；
36.(3)混料：将氢氧化钠和水玻璃按质量比3：19混合均匀，在30℃，800r/min搅拌2.5min，配制成碱激发剂；将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰和石英砂7：4：2.5：1：3.5共混，在20℃，700r/min搅拌2.5min得到预混料；将改性碳化硅纳米线、碱激发剂、预混料、纳米二氧化硅、聚乙烯醇、纯水、木质素磺酸盐、正硅酸乙酯按质量比8：10.5：22：2：0.04：7：0.1：1.5混合均匀，并在30℃，700r/min搅拌4min，制得低碳复合地聚物浆料。
37.实施例3
38.一种低碳复合地聚物浆料的制备方法，所述低碳复合地聚物浆料的制备方法主要包括以下制备步骤：
39.(1)碳化硅纳米线的制备：将葡萄糖和碱性硅溶胶按质量比3：4混合均匀，碱性硅溶胶中二氧化硅含量32％，氢氧化钠含量0.4％，其余成分为纯水，在30℃，1000r/min搅拌30min，再静置2h，在110℃干燥6h，再置于氮气氛围中，900℃碳化3h，制得前驱体，将前驱体粉碎并置于玛瑙研钵中研磨40min，再加入前驱体质量0.025倍的氯化钠和前驱体质量0.035倍氟化钠混合均匀后置于石墨坩埚中，在氩气氛围中，1600℃，煅烧2h，降温至700℃，置于空气环境保温静置2h，冷却至室温，制得碳化硅纳米线；
40.(2)碳化硅纳米线的改性：将新戊二醇、3-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比3：1混合
均匀，再加入新戊二醇质量0.02倍的对甲苯磺酸，在100℃，500r/min搅拌20min，再升温至160℃继续搅拌6h，冷却至室温后，在60℃，2kpa静置30min，制得超支化有机硅聚合物；将碳化硅纳米线、羟甲基三乙氧基硅烷、质量分数20％的氨水和无水乙醇按质量比1：2：12：12混合均匀，在30℃，40khz超声30min，过滤并用纯水洗涤5次，在70℃干燥6h，得到预改性碳化硅纳米线；将预改性碳化硅纳米线和乙酸乙酯按质量1：3混合均匀，在氮气氛围中加入预改性碳化硅纳米线质量0.8倍的甲苯二异氰酸酯和预改性碳化硅纳米线质量0.005倍的二月桂酸二丁基锡，在30℃，500r/min搅拌10min，再升温至70℃，继续搅拌40min，再加入预改性碳化硅纳米线质量1倍的超支化有机硅聚合物，保持温度搅拌条件不变继续反应3h，过滤并用无水乙醇洗涤5次，在30℃，500pa静置6h，制得改性碳化硅纳米线；
41.(3)混料：将氢氧化钠和水玻璃按质量比3：20混合均匀，在40℃，1000r/min搅拌2min，配制成碱激发剂；将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰和石英砂8：5：3：1：4共混，在30℃，1000r/min搅拌2min得到预混料；将改性碳化硅纳米线、碱激发剂、预混料、纳米二氧化硅、聚乙烯醇、纯水、木质素磺酸盐、正硅酸乙酯按质量比9：12：25：3：0.05：8：0.1：2混合均匀，并在40℃，800r/min搅拌3min，制得低碳复合地聚物浆料。
42.对比例1
43.一种低碳复合地聚物浆料的制备方法，所述低碳复合地聚物浆料的制备方法主要包括以下制备步骤：
44.(1)碳化硅纳米线的制备：将葡萄糖和碱性硅溶胶按质量比1：1.2混合均匀，碱性硅溶胶中二氧化硅含量30％，氢氧化钠含量0.3％，其余成分为纯水，在25℃，900r/min搅拌35min，再静置1.5h，在95℃干燥7h，再置于氮气氛围中，850℃碳化3.5h，制得前驱体，将前驱体粉碎并置于玛瑙研钵中研磨35min，再加入前驱体质量0.020倍的氯化钠和前驱体质量0.03倍氟化钠混合均匀后置于石墨坩埚中，在氩气氛围中，1550℃，煅烧2.5h，降温至650℃，置于空气环境保温静置2.5h，冷却至室温，制得碳化硅纳米线；
45.(2)碳化硅纳米线的改性：将碳化硅纳米线、羟甲基三乙氧基硅烷、质量分数18％的氨水和无水乙醇按质量比1：1.5：10：10混合均匀，在25℃，35khz超声35min，过滤并用纯水洗涤4次，在65℃干燥7h，得到改性碳化硅纳米线；
46.(3)混料：将氢氧化钠和水玻璃按质量比3：19混合均匀，在30℃，800r/min搅拌2.5min，配制成碱激发剂；将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰和石英砂7：4：2.5：1：3.5共混，在20℃，700r/min搅拌2.5min得到预混料；将改性碳化硅纳米线、碱激发剂、预混料、纳米二氧化硅、聚乙烯醇、纯水、木质素磺酸盐、正硅酸乙酯按质量比8：10.5：22：2：0.04：7：0.1：1.5混合均匀，并在30℃，700r/min搅拌4min，制得低碳复合地聚物浆料。
47.对比例2
48.一种低碳复合地聚物浆料的制备方法，所述低碳复合地聚物浆料的制备方法主要包括以下制备步骤：
49.(1)碳化硅纳米线的制备：将葡萄糖和碱性硅溶胶按质量比1：1.2混合均匀，碱性硅溶胶中二氧化硅含量30％，氢氧化钠含量0.3％，其余成分为纯水，在25℃，900r/min搅拌35min，再静置1.5h，在95℃干燥7h，再置于氮气氛围中，850℃碳化3.5h，制得前驱体，将前驱体粉碎并置于玛瑙研钵中研磨35min，再加入前驱体质量0.020倍的氯化钠和前驱体质量0.03倍氟化钠混合均匀后置于石墨坩埚中，在氩气氛围中，1550℃，煅烧2.5h，降温至650
℃，置于空气环境保温静置2.5h，冷却至室温，制得碳化硅纳米线；
50.(2)混料：将氢氧化钠和水玻璃按质量比3：19混合均匀，在30℃，800r/min搅拌2.5min，配制成碱激发剂；将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰和石英砂7：4：2.5：1：3.5共混，在20℃，700r/min搅拌2.5min得到预混料；将碳化硅纳米线、碱激发剂、预混料、纳米二氧化硅、聚乙烯醇、纯水、木质素磺酸盐、正硅酸乙酯按质量比8：10.5：22：2：0.04：7：0.1：1.5混合均匀，并在30℃，700r/min搅拌4min，制得低碳复合地聚物浆料。
51.对比例3
52.一种低碳复合地聚物浆料的制备方法，所述低碳复合地聚物浆料的制备方法主要包括以下制备步骤：
53.混料：将氢氧化钠和水玻璃按质量比3：19混合均匀，在30℃，800r/min搅拌2.5min，配制成碱激发剂；将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰和石英砂7：4：2.5：1：3.5共混，在20℃，700r/min搅拌2.5min得到预混料；将碱激发剂、预混料、纳米二氧化硅、聚乙烯醇、纯水、木质素磺酸盐、正硅酸乙酯按质量比10.5：22：2：0.04：7：0.1：1.5混合均匀，并在30℃，700r/min搅拌4min，制得低碳复合地聚物浆料。
54.效果例
55.下表1给出了采用本发明实施例1～3与对比例1～3的低碳复合地聚物浆料的耐腐蚀性能和抗压性能的性能分析结果。
56.表1
[0057][0058][0059]
从表1中实施例1～3和对比例1～3的实验数据比较可发现，本发明制得的低碳复合地聚物浆料具有良好的耐腐蚀性能和抗压性能。
[0060]
从实施例1、2、3和对比列1的实验数据比较可发现，实施例1、2、3对比对比例1的腐蚀量低，抗压强度高，说明了用甲苯二异氰酸酯和超支化有机硅聚合物对预改性碳化硅纳
米线进行改性，可在碳化硅纳米线表面形成缓冲保护层，避免被碱激发剂腐蚀破坏碳化硅纳米线的总体结构，其次超支化有机硅聚合物在碱激发剂的作用下可水解成硅羟基单体，促进各个组分的交联结合，从而提高了低碳复合地聚物浆料的耐腐蚀性能和抗压性能。
[0061]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。