一种PVA纤维增韧地聚合物及其制备方法

本发明涉及地聚合物，具体公开了一种pva纤维增韧地聚合物及其制备方法。

背景技术：

1、地聚合物是一种以粉煤灰、高炉矿渣等工业固体废弃物为原材料，经碱激发后发生解聚-缩聚反应制备的绿色凝胶材料，具有早期强度高、黏结性好、耐久性好的特点，被认为是替代水泥的理想材料。

2、聚乙烯醇（pva）纤维、粉煤灰、矿渣等物质的加入能起到提高抗裂性、增强韧性的作用、减小收缩率等作用；但其加入量及配比对于地聚合物的性能有重要影响，如果加入量不当可能反而导致分散性不加、应力集中、力学性能下降、流动性下降等问题；因此，研究一种原料配比合理的pva纤维增韧地聚合物及其制备方法，制得强度好、韧性好、不开裂、收缩率小的地聚合物具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种pva纤维增韧地聚合物及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种pva纤维增韧地聚合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将粉煤灰、矿渣、粗骨料和细骨料混合1~2min，加入碱激发液，搅拌1~2min，加入pva纤维组合物，混合1~2min，得pva纤维增韧地聚合物；

3、所述pva纤维组合物包括质量比4：（4~6）：（1~2）的pva纤维、偏高岭土改性pva纤维、木质素磺酸钠改性pva纤维。

4、较为优化地，所述pva纤维组合物的添加量为pva纤维增韧地聚合物质量的2~3.5%。

5、较为优化地，所述粉煤灰在pva纤维增韧地聚合物的掺量为550~580kg/m3，粉煤灰和矿渣掺入的质量比为1：（1~1.5）；细骨料在pva纤维增韧地聚合物的掺量为650~710kg/m3，粗骨料在pva纤维增韧地聚合物的掺量为690~750kg/m3。

6、较为优化地，粉煤灰的密度为2.15g/cm3，堆积密度为0.78g/cm3，标准稠度为47.1％，含水量为0.62％；粉煤灰中的成分及含量为：60.98％sio2、24.47％al2o3、6.7％fe2o3、4.9％cao、0.68％mgo、0.58％f-cao、0.52％so3、其余为杂质；

7、细骨料为河南南阳采砂场生产的细度模数为3.0的天然河砂，粗骨料为南京汇聚石材有限公司生产的粒径为10~20mm的天然碎石；

8、矿渣为高炉矿渣，巩义市净水材料有限公司生产（中国，河南）。

9、较为优化地，所述pva纤维、偏高岭土改性pva纤维、木质素磺酸钠改性pva纤维分别由pva粉末、偏高岭土改性pva、木质素磺酸钠改性pva为原料，依次经过纺丝、湿热拉伸、水洗、干燥、干热拉伸、热定型、交联，冷却后切断得到；

10、所述pva纤维、偏高岭土改性pva纤维、木质素磺酸钠改性pva纤维的长度为14~16mm。

11、较为优化地，所述pva纤维、偏高岭土改性pva纤维、木质素磺酸钠改性pva纤维的制备分别包括以下步骤：取20~25份原料加入100份水中，得到纺丝原液，进行纺丝；凝固浴包括70~80g/l的硫酸、6~10.0g/l的硫酸锌、350~380g/l的硫酸钠，其余为水；凝固浴浓度的落差为6.0~10.0g/l，凝固浴温度为42~45℃，喷丝头牵伸10%，丝条在凝固浴中的停留时间为10~15s，纺丝速度为42~45m/s；进行湿热拉伸：湿热拉伸浴液包括硫酸钠360~400g/l、硫酸5.0~10.0g/l，其余为水；温度90~94℃，丝束在浴液中的处理时间为2.0~3.0s，湿热牵伸倍数为30~50%；40~42℃水洗；120~130℃干燥；干热拉伸：温度200~210℃，时间80~90s，拉伸倍数60~80%；热定型：温度230~240℃，时间50~60s，快速冷却至40~45℃；交联：在40~50g/l乙二醛水溶液中交联10~15min，冷却后切断，分别得pva纤维/偏高岭土改性pva纤维/木质素磺酸钠改性pva纤维。

12、其中，pva纤维的原料为pva粉末；偏高岭土改性pva纤维的原料为质量比为3:2的偏高岭土改性pva和pva粉末；木质素磺酸钠改性pva纤维的原料为质量比为4:1的木质素磺酸钠改性pva和pva粉末；

13、较为优化地，所述pva纤维、偏高岭土改性pva纤维、木质素磺酸钠改性pva纤维的制备分别包括以下步骤：取20份原料加入100份水中，得到纺丝原液，进行纺丝；凝固浴由80g/l的硫酸、10.0g/l的硫酸锌、380g/l的硫酸钠组成，其余为水；凝固浴浓度的落差为10.0g/l，凝固浴温度为42℃，喷丝头牵伸10%，丝条在凝固浴中的停留时间为10s，纺丝速度为45m/s；进行湿热拉伸：湿热拉伸浴液是由硫酸钠360g/l、硫酸10.0g/l组成，其余为水；温度90℃，丝束在浴液中的处理时间为2.0s，湿热牵伸倍数为30%；40℃水洗；120℃干燥；干热拉伸：温度200℃，时间90s，拉伸倍数80%；热定型：温度230℃，时间50s，快速冷却至40℃；交联：在40g/l乙二醛水溶液中交联15min，冷却后切断，分别得pva纤维/偏高岭土改性pva纤维/木质素磺酸钠改性pva纤维。

14、较为优化地，所述偏高岭土改性pva的制备包括以下步骤：s1：取pva粉末加入水中，搅拌溶解，冷却至室温，调ph为3~3.5，加入戊二醛溶液，60~70℃搅拌10~12h，除去溶剂、清洗、干燥，得戊二醛改性pva；

15、s2：将偏高岭土放入打散机，加入三乙醇胺，打散30~35min，得三乙醇胺改性偏高岭土；取三乙醇胺改性偏高岭土，加入水中分散均匀，加入戊二醛、4-甲基-2-戊醇，50~60℃搅拌2~3h，过滤干燥，得4-甲基-2-戊醇改性偏高岭土；

16、s3：取戊二醛改性pva，加入水中搅拌均匀，加入4-甲基-2-戊醇改性偏高岭土，50~60℃反应10~12h，除去溶剂、清洗、干燥，得偏高岭土改性pva。

17、较为优化地，所述戊二醛改性pva包括以下原料，按质量份数计：10~15份pva粉末、100份水、50~60份2mol/l的戊二醛溶液；所述三乙醇胺改性偏高岭土中，偏高岭土与三乙醇胺的质量为（100~120）：1；

18、所述4-甲基-2-戊醇改性偏高岭土包括以下原料，按质量份数计：100份三乙醇胺改性偏高岭土、3~5份戊二醛、4~5份4-甲基-2-戊醇；水的添加量为三乙醇胺改性偏高岭土质量的8~10倍；

19、所述偏高岭土改性pva包括以下原料，按质量份数计：10~15份戊二醛改性pva、100份水、5~8份4-甲基-2-戊醇改性偏高岭土。

20、较为优化地，所述木质素磺酸钠改性pva的制备包括以下步骤：取戊二醛改性pva，加入水中搅拌均匀，加入纳米二氧化硅、木质素磺酸钠，50~60℃反应4~6h，除去溶剂、清洗、干燥，得木质素磺酸钠改性pva。

21、较为优化地，所述木质素磺酸钠改性pva包括以下原料，按质量份数计：10~15份戊二醛改性pva、100份水、3~5份纳米二氧化硅、3~5份木质素磺酸钠。

22、较为优化地，所述纳米二氧化硅为浙江曼粒纳米科技有限公司的ml-sio2-n22，粒径20nm，经kh550处理。

23、较为优化地，所述碱激发液的制备包括以下步骤：将氢氧化钠与水混合得到氢氧化钠溶液，冷却24h至室温，然后将水玻璃加入氢氧化钠溶液中搅拌均匀，得碱激发液；氢氧化钠与水玻璃的质量比1:（9~10），水的添加量为水玻璃质量的0.5~0.7倍；水玻璃在pva纤维增韧地聚合物的掺量为180kg/m3。

24、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：（1）控制粉煤灰/矿渣的加入比例以及pva纤维组合物的加入量，提高了地聚合物的动态压缩强度和韧性，减少了开裂和收缩；pva纤维组合物包括一定质量比的pva纤维、偏高岭土改性pva纤维、木质素磺酸钠改性pva纤维；pva纤维自重较轻且抗碱性好，能在地聚合物中乱向分布，可以桥接地聚合物的内部裂缝，并承受部分内应力、减小收缩率；偏高岭土改性pva纤维中添加偏高岭土，有助于力学性能的提升，本发明先在机械作用下让三乙醇胺通过物理作用和化学作用吸附在偏高岭土的表面，进入团聚偏高岭土颗粒间隙，提高偏高岭土分散性并使其表面带有可以参与下一步反应的基团，然后加入4-甲基-2-戊醇改性，改善了因偏高岭土的添加带来的流动性下降问题，由于流动性的提升，分散性也更好，力学性能随之提升；木质素磺酸钠改性pva中包括纳米二氧化硅和木质素磺酸钠，弥补了pva纤维抗压能力较低的缺陷，木质素磺酸钠有减水剂的作用，减少水的添加量并进一步提高流动性；加入本发明制备的pva纤维组合物后，地聚合物动态压缩强度和韧性显著提升，开裂率和收缩率减小；但加入量不宜过大，过大会导致分散性不佳，性能反而下降。