一種水泥基複合材料及其製備方法
2023-06-29 01:37:11
一種水泥基複合材料及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種水泥基複合材料及其製備方法，包括主料和輔料，主料包括普通矽酸鹽水泥和礦物摻合料，輔料包括石膏晶須和晶須改性劑；通過脫硫石膏製備石膏晶須懸浮液，將普通矽酸鹽水泥和礦物摻合料復配，得到主料，然後將石膏晶須懸浮液按照一定的比例倒入主料中，然後攪拌均勻，得到高強度的水泥基複合材料；通過微米級規格的石膏晶須，使大多數沒有參與水化的石膏晶須緊緊穿插在水泥中，通過裂紋橋接作用增加韌性；在鹼性環境下，石膏晶須可以逐漸水化並促進水泥水化，水化的石膏晶須參與水泥水化反應生成AFt，提高體系強度。
【專利說明】一種水泥基複合材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種建築材料，特別涉及一種高強度的水泥基複合材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002]超高性能水泥基複合材料是一般是指強度大於lOOMPa，具有良好的流動性能與工作性能的水泥基複合材料，在防護工程、民用高層建築以及核廢料處理等工程具有廣闊的應用前景，但其致命點是強度不高，脆性大，這增加了建築結構安全隱患，同時限制了其廣泛的應用。通過摻入鋼纖維、碳纖維和聚丙烯纖維等雖可以顯著增加其韌性，但往往需要復配超細礦渣、粉煤灰和鋼渣等，甚至添加一些早強劑和減水劑，否則無法達到超高性能水泥基複合材料的高強度和流動性要求，這樣就極大的增加了生產的成本。工業副產石膏是石膏可再生資源，對其綜合利用，有利於環境保護、節約能源和自然資源，符合我國可持續發展戰略要求。高附加值石膏晶須集增強纖維和超細無機填料二者的優勢於一體，具有優良的力學性能、良好的相容性、優良的平滑性，再生性能好，毒性低，可廣泛用於高分子材料、建築領域、造紙、摩擦材料和其他新興領域。
【發明內容】
[0003]針對上述現有技術的不足之處，本發明解決的問題是提供了一種強度高、韌性強且成本低的水泥基複合材料。
[0004]本發明的技術方案為:
一種水泥基複合材料，包括主料和輔料，主料包括普通矽酸鹽水泥和礦物摻合料，輔料包括石膏晶須和晶須改性劑；主料中，礦物摻合料的質量分數為O~20%，普通矽酸鹽水泥的質量分數為80%~100% ;石膏晶須佔主料的質量分數為:1%~4% ;晶須改性劑佔石膏晶須的質量分數為:0.01%~3%;所述石膏晶須的直徑為I~4um，長度為150~200um。
[0005]進一步，所述的礦物摻合料為粉煤灰、礦渣或鋼渣中任意一種。
[0006]進一步，所述的晶須改性劑為EDTA、十二烷基硫酸鈉、尿素、三聚磷酸鈉、硫酸鋁、油酸鈉、磷酸鈉、丙三醇、硬脂酸鈉、檸檬酸和MgCl2、檸檬酸鈉、鈦酸酯和矽烷偶聯劑中的一種或幾種。
[0007]一種水泥基複合材料的製備方法:將脫硫石膏加入到盛有水的反應釜中，控制脫硫石膏和水的質量分 數比為:0.025:1~0.1:1 ;採用水熱法，控制溫度為110~200°C、壓力為0.15~0.30MPa,反應時間為0.5~10h、反應釜內攪拌器的轉速為100r/min~600r/min ;在製備的過程中，當脫硫石膏轉化為針狀時，加入晶須改性劑；製備完成後即得到均勻的石膏晶須懸浮液；所述的懸浮液中石膏晶須和水的質量分數比為:0.025:1~0.1:1 ;
將普通矽酸鹽水泥和礦物摻合料復配，得到主料，將石膏晶須懸浮液加入到主料中，均勻攪拌，攪拌時間為6~20min ;控制主料和石膏晶須懸浮液中水的質量比為5:2，即得所述的水泥基複合材料。[0008]本發明的有益效果為:
(I)本發明中，通過一系列的步驟製備得到石膏晶須懸浮液，石膏晶須的規格為:直徑為I~4um,長度為150~200um。由於這種石骨晶須的微米級規格,使大多數沒有參與水化的石膏晶須緊緊穿插在水泥中，通過裂紋橋接作用增加韌性。在鹼性環境下，石膏晶須可以逐漸水化並促進水泥水化，水化的石膏晶須參與水泥水化反應生成AFt，提高體系強度。
[0009](2)從實施例的性能表可以看出，隨著石膏晶須從0%到4%的增加，石膏晶須可以提高所述水泥基複合材料的強度和韌性，所述水泥基複合材料7d最高抗壓強度、抗折強度和抗衝擊功為74.4MPa、10.1MPa和950J.m-2，365d最高抗壓強度、抗折強度和抗衝擊功為126.6MPa、12.8MPa和1230J.m-2 ;遠遠超過未摻石膏晶須時的強度和韌性。
[0010](3)本發明所述的高強度水泥基複合材料，不需要添加任何早強劑和選擇超細的礦物摻合料，可以有效提高材料的強度、韌性，極大的降低了成本。
[0011](4)從實施例的性能表可以看出，粉煤灰、礦渣和鋼渣的摻入可保證水泥基複合材料的強度，有效降低水泥的用量和有利於降低生產成本和保護環境。同時，摻入少摻量微米級石膏晶須可有效提高早期強度和韌性，後期抗壓強度均能達到IOOMPa以上。
[0012](5)利用水熱法製備石膏晶須懸浮液，將其直接摻入到水泥基材料中，可避免汙染水資源、浪費電力，簡化生產工藝。
【具體實施方式】
[0013]實施例1:
本實施例的成分:包括主料和輔料，主料全部為普通矽酸鹽水泥，輔料包括石膏晶須和尿素。尿素佔石膏晶須的質量分數為:0.08%;本實施例中的表格分別給出了石膏晶須佔主料質量分數為時，所述水泥基複合材料的各項性能參數。另外還給出了不加入石膏晶須時所述水泥基複合材料的各項性能參數。
[0014]本實施例的製備方法為:將脫硫石膏加入到盛有水的反應釜中，控制脫硫石膏和水的質量分數比分別為:0.025:U0.05:U0.75:1、0.1:1 ;採用水熱法，控制溫度為150°C、壓力為0.2MPa，反應時間為2h、反應釜內攪拌器的轉速為200r/min ;在製備的過程中，當脫硫石膏轉化為針狀時，加入尿素；製備完成後即得到均勻的石膏晶須懸浮液；所述的石膏晶須懸浮液中，石膏晶須和水的質量分數比為:0.025:U0.05:U0.75:1、0.1:1。將普通矽酸鹽水泥和礦物摻合料復配，得到主料，將石膏晶須懸浮液加入到主料中，均勻攪拌，攪拌時間為8min ;控制主料和石膏晶須懸浮液中水的質量比為5:2，即得所述的水泥基複合材料。
[0015]如上所述，本實施例做了 5組實驗，由於石膏晶須佔主料質量分數分別為1%、
以及主料和石膏晶須懸浮液中水的質量分數比為5:2，從而控制所述懸浮液中石膏晶須和水的質量分數比為:0.025:U0.05:U0.75:1、0.1:1。另添加一組沒有摻石膏晶須的對比組。
【權利要求】
1.一種水泥基複合材料，其特徵在於，包括主料和輔料，主料包括普通矽酸鹽水泥和礦物摻合料，輔料包括石膏晶須和晶須改性劑；主料中，礦物摻合料的質量分數為O~20%，普通矽酸鹽水泥的質量分數為80%~100%;石膏晶須佔主料的質量分數為:1%~4%;晶須改性劑佔石膏晶須的質量分數為:0.01%~3%;所述石膏晶須的直徑為I~4um,長度為150 ~200um。
2.根據權利要求1所述的水泥基複合材料，其特徵在於，所述的礦物摻合料為粉煤灰、礦渣或鋼渣中任意一種。
3.根據權利要求1所述的水泥基複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的晶須改性劑為EDTA、十二烷基硫酸鈉、尿素、三聚磷酸鈉、硫酸鋁、油酸鈉、磷酸鈉、丙三醇、硬脂酸鈉、檸檬酸和MgCl2、檸檬酸鈉、鈦酸酯和矽烷偶聯劑中的一種或幾種。
4.一種水泥基複合材料的製備方法，其特徵在於，將脫硫石膏加入到盛有水的反應釜中，控制脫硫石膏和水的質量分數比為:0.025:1~0.1:1 ;採用水熱法，控制溫度為110~200°C、壓力為0.15~0.30MPa,反應時間為0.5~10h、反應釜內攪拌器的轉速為IOOr/min~600r/min ;在製備的過程中，當脫硫石骨轉化為針狀時，加入晶須改性劑；製備完成後即得到均勻的石膏晶須懸浮液；所述的懸浮液中石膏晶須和水的質量分數比為:0.025:I~0.1:1 ; 將普通矽酸鹽水泥和礦物摻合料復配，得到主料，將石膏晶須懸浮液加入到主料中，均勻攪拌，攪拌時間為6~20min ;控制主料和石膏晶須懸浮液中水的質量比為5:2，即得所述的水泥基複合材料。
【文檔編號】C04B7/26GK103664011SQ201310675363
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】何玉鑫, 萬建東, 唐紹林, 瞿縣, 唐永波 申請人:江蘇省一夫新材料科技有限公司