本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性地聚合物膠凝材料。
背景技術(shù)：
混凝土是目前世界上用量最多的一類建筑材料，而其常用的膠凝材料為水泥。傳統(tǒng)水泥工業(yè)是高資源消耗、高能源消耗、高環(huán)境負(fù)荷的產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每噸水泥需要消耗1噸石灰石，200千克粘土，235千克標(biāo)準(zhǔn)煤，排放650千克二氧化碳，且生產(chǎn)水泥每年向大氣排放的煙塵粉塵和煙塵量近1000萬(wàn)噸。因此，亟需一種新型綠色膠凝材料作為硅酸鹽水泥的替代品。
地聚合物作為一種新近研發(fā)的膠凝材料，它的原料價(jià)格低廉，儲(chǔ)量豐富，可利用礦渣廢物、建筑生產(chǎn)垃圾等為原料生產(chǎn)，且生產(chǎn)能耗低，相較于水泥，其環(huán)保效應(yīng)尤為明顯，可以被大量生產(chǎn)并運(yùn)用于工程實(shí)際。與此同時(shí)，地聚合物還具有普通水泥所不具有的優(yōu)良性質(zhì)，如早期強(qiáng)度形成快，良好的抗壓強(qiáng)度，耐火、耐高溫及耐化學(xué)腐蝕性能好等。但是，與地聚合物優(yōu)異的抗壓強(qiáng)度相比，其抗折性能與韌性較差，脆性大，嚴(yán)重制約了它在對(duì)彎曲韌性要求較高的混凝土構(gòu)件中的應(yīng)用。
當(dāng)前對(duì)于地聚合物的增韌主要為纖維增韌，然而纖維增韌的產(chǎn)品耐堿腐蝕不是很高，工序復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)研究和實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)困難。殼聚糖作為一種天然高分子，其中含有大量高分子鏈，能夠增加地聚合物的韌性。且采用殼聚糖對(duì)地質(zhì)聚合物進(jìn)行增韌的工藝流程簡(jiǎn)便，能夠在不會(huì)對(duì)原有優(yōu)良性能產(chǎn)生太大影響基礎(chǔ)上進(jìn)行增韌。同時(shí)，殼聚糖的制備母體幾丁質(zhì)資源豐富，價(jià)格低廉，因此用殼聚糖對(duì)地聚合物增韌有著良好的應(yīng)用前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種殼聚糖改性地聚合物膠凝材料，使其具有良好的力學(xué)性能，顯著降低壓折比并提高彎曲韌性，讓地聚合物作為一類膠凝材料，能在對(duì)彎曲韌性要求較高的混凝土構(gòu)件中得以應(yīng)用。
為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下：
一種殼聚糖改性地聚合物膠凝材料，采用以下方式制備而來(lái)：
將殼聚糖加入到堿性激發(fā)劑中充分?jǐn)嚢枞芙獾玫交旌先芤?；再將混合溶液逐步加入到硅鋁質(zhì)固體材料中攪拌混勻；注入模具中進(jìn)行反應(yīng)，脫模后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，得到殼聚糖改性地聚合物膠凝材料。
按上述方案，所述硅鋁質(zhì)固體材料包含粉煤灰、偏高嶺土、高爐礦渣的任意一種或者任意混合。
按上述方案，所述堿性激發(fā)劑為氫氧化鈉與硅酸鈉混合溶液、氫氧化鈉與硅酸鉀混合溶液、氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液、氫氧化鉀與硅酸鉀混合溶液的任意一種或者混合。
按上述方案，所述殼聚糖為羧甲基殼聚糖、羥丙基殼聚糖、鹽酸丁卡因殼聚糖、N-三甲基殼聚糖、N-馬來(lái)?；瘹ぞ厶侵腥我庖环N或者任意混合。
按上述方案，所述殼聚糖的摻量為硅鋁質(zhì)固體材料質(zhì)量的0.05wt％～0.5wt％。
優(yōu)選地，殼聚糖的摻量為高爐礦渣質(zhì)量的0.08wt％～0.3wt％。
按上述方案，殼聚糖加入到堿性激發(fā)劑中在30-60℃下攪拌0.25-1h溶解得到混合溶液。
按上述方案，堿性激發(fā)劑的模數(shù)M(SiO2)/n(Na2O)在0.5-2之間，堿性激發(fā)劑質(zhì)量占硅鋁質(zhì)固體材料質(zhì)量的百分比的5wt％-20wt％。
優(yōu)選地，所述堿性激發(fā)劑為氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液，模數(shù)M(SiO2)/n(Na2O)在0.8-1.5之間，堿性激發(fā)劑質(zhì)量占高爐礦渣質(zhì)量的百分比在8％-15％之間。
按上述方案，模具中反應(yīng)條件為在10-30℃反應(yīng)12～48h。
本發(fā)明以硅鋁質(zhì)固體材料為主要原料，用堿性激發(fā)劑進(jìn)行激發(fā)，以殼聚糖為主要增韌劑,確定了各原料種類、摻量與摻用方式，以及使用殼聚糖增韌改性時(shí)堿性激發(fā)劑的模數(shù)及堿當(dāng)量，并在常溫養(yǎng)護(hù)環(huán)境中使該體系具有良好的力學(xué)性能，顯著降低材料的壓折比及提高材料彎曲韌性，使得地聚合物作為一類膠凝材料，能在對(duì)彎曲韌性要求較高的混凝土構(gòu)件中得以應(yīng)用。
殼聚糖摻入地聚合的主要影響與殼聚糖中生物大分子中大量氫鍵有關(guān)。殼聚糖中生物大分子中有機(jī)官能團(tuán)如羧基、羥基、氨基的氫鍵與地聚合物膠凝物質(zhì)通過(guò)范德華力和配位鍵相連接。地聚合過(guò)程水解的硅烷羥基和低分子聚合物與殼聚糖中羥基組分縮聚形成共價(jià)鍵。正是這些有機(jī)-無(wú)機(jī)柔性鍵覆蓋和連接地聚合過(guò)程的結(jié)構(gòu)單元，使地聚合物形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不易轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致脆性大的缺點(diǎn)得到緩解，最終達(dá)到了增韌的目的。
殼聚糖由于它穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，在堿性環(huán)境中難以溶解，而地聚合物需要堿性激發(fā)劑進(jìn)行激發(fā)，因此，要適當(dāng)控制體系中的堿環(huán)境，取適當(dāng)?shù)膲A基發(fā)劑摻量。
殼聚糖的摻加方式是要在稍微高于室溫條件下先加入堿基發(fā)劑溶液中，充分混合攪拌一定時(shí)間，得到均一溶液后來(lái)使用，既能確保殼聚糖的充分溶解又能確保殼聚糖在地聚合反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行的同時(shí)起到作用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明能明顯改善地質(zhì)聚合物的韌性，使其能在對(duì)彎曲韌性要求較高的混凝土構(gòu)件中得以應(yīng)用。
本發(fā)明易于操作，工作流程簡(jiǎn)潔，能在實(shí)際生產(chǎn)中得到較好的應(yīng)用。
本發(fā)明能夠合理利用工業(yè)廢棄物，節(jié)能環(huán)保。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
實(shí)施例1
將1g羧甲基殼聚糖加入到100g模數(shù)為1的氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液中，在30℃下充分?jǐn)嚢?h得到均一混合溶液。將高爐礦渣取1000g，向其中逐步加入之前均一混合溶液，并在20℃下充分?jǐn)嚢?0分鐘，然后注入模具并震蕩以排除反應(yīng)物中的空氣。在室溫中(20℃左右)反應(yīng)24h后脫模，再將樣品用密封袋密封放入恒溫箱中以室溫(20℃左右)養(yǎng)護(hù)28天，最終得到地聚合物樣品。此時(shí)測(cè)得其抗壓強(qiáng)度為58.31MPa，抗折強(qiáng)度為9.55MPa，壓折比為6.11，彎曲韌性系數(shù)為5.98KN·mm。
實(shí)施例2
將1g羥丙基殼聚糖加入到100g模數(shù)為1的氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液中，在50℃下充分?jǐn)嚢?h得到均一混合溶液。將高爐礦渣取1000g，向其中逐步加入之前均一混合溶液，并在20℃下充分?jǐn)嚢?0分鐘，然后注入模具并震蕩以排除反應(yīng)物中的空氣。在室溫中(20℃左右)反應(yīng)24h后脫模，再將樣品用密封袋密封放入恒溫箱中以室溫(20℃左右)養(yǎng)護(hù)28天，最終得到地聚合物樣品。此時(shí)測(cè)得其抗壓強(qiáng)度為60.22MPa，抗折強(qiáng)度為10.2MPa，壓折比為5.90，彎曲韌性系數(shù)為6.84KN·mm。
實(shí)施例3
將1.5gN-三甲基殼聚糖加入到100g模數(shù)為1的氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液中，在50℃下充分?jǐn)嚢?h得到均一混合溶液。將高爐礦渣取1000g，向其中逐步加入之前均一混合溶液，并在20℃下充分?jǐn)嚢?0分鐘，然后注入模具并震蕩以排除反應(yīng)物中的空氣。在室溫中(20℃左右)反應(yīng)24h后脫模，再將樣品用密封袋密封放入恒溫箱中以室溫(20℃左右)養(yǎng)護(hù)28天，最終得到地聚合物樣品。此時(shí)測(cè)得其抗壓強(qiáng)度為55.34MPa，抗折強(qiáng)度為8.46MPa，壓折比為6.54，彎曲韌性系數(shù)為6.29KN·mm。
將以上實(shí)施例1～3與各自空白樣28d力學(xué)性能繪制如下的表1(空白樣除不摻加殼聚糖外其他所有條件與實(shí)施例相同)
表1
從表1可以看出實(shí)施例1和空白樣相比壓折比降低了20.79％，彎曲韌性提高了152％；實(shí)施例2和空白樣相比壓折比降低了26.27％，彎曲韌性提高了143％；實(shí)施例3實(shí)施例2和空白樣相比壓折比降低了12.08％，彎曲韌性提高了139％。因此，可以知道每個(gè)實(shí)施例中的壓折比均低于空白樣，彎曲韌性均優(yōu)于空白樣，充分證明殼聚糖增韌型地聚合物具有很好的韌性。
實(shí)施例4
將10g羧甲基殼聚糖加入到1kg模數(shù)為1的氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液中，在30℃下充分?jǐn)嚢?h得到均一混合溶液。取高爐礦渣8kg，砂8kg，石子15kg后進(jìn)行攪拌混合，向其中逐步加入之前均一混合溶液，并在20℃下充分?jǐn)嚢?0分鐘，然后注入模具并震蕩以排除反應(yīng)物中的空氣。在室溫中(20℃左右)反應(yīng)24h后脫模，再將樣品用保鮮膜密封放入恒溫箱中以室溫(20℃左右)養(yǎng)護(hù)28天，最終得到地聚合物樣品。此時(shí)測(cè)得其抗壓強(qiáng)度為52.81MPa，抗折強(qiáng)度為7.82MPa，壓折比為6.11，彎曲韌性系數(shù)為4.77KN·mm。
實(shí)施例5
將15gN-三甲基殼聚糖加入到1kg模數(shù)為1的氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液中，在50℃下充分?jǐn)嚢?h得到均一混合溶液。取高爐礦渣8kg，砂8kg，石子15kg后進(jìn)行攪拌混合，向其中逐步加入之前均一混合溶液，并在20℃下充分?jǐn)嚢?0分鐘，然后注入模具并震蕩以排除反應(yīng)物中的空氣。在室溫中(20℃左右)反應(yīng)24h后脫模，再將樣品用保鮮膜密封放入恒溫箱中(20℃左右)以室溫養(yǎng)護(hù)28天，最終得到地聚合物樣品。此時(shí)測(cè)得其抗壓強(qiáng)度為50.16MPa，抗折強(qiáng)度為7.05MPa，壓折比為6.54，彎曲韌性系數(shù)為4.53KN·mm。
將以上實(shí)施例4～5與各自空白樣28d力學(xué)性能繪制如下的表2(空白樣除不摻加殼聚糖外其他所有條件與實(shí)施例相同)
表2
從表2可以看出實(shí)施例4和空白樣相比壓折比降低了26.67％，彎曲韌性提高了130％；實(shí)施例5和空白樣相比壓折比降低了29.96％，彎曲韌性提高了113％。因此，可以知道每個(gè)實(shí)施例中的壓折比均低于空白樣，彎曲韌性均優(yōu)于空白樣，充分證明殼聚糖增韌型地聚合物混凝土與普通地聚合物混凝土相比，有很好的韌性，使其能在對(duì)彎曲韌性要求較高的混凝土構(gòu)件中更好的應(yīng)用。