本發(fā)明涉及建筑材料制備。更具體地，涉及一種低碳高強(qiáng)建筑材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、伴隨著社會(huì)的發(fā)展與城市化進(jìn)程的加快，持續(xù)增長(zhǎng)的建筑行業(yè)規(guī)模帶動(dòng)建筑材料需求日益增大。至2021年，我國(guó)建筑面積已達(dá)150億平方米，相應(yīng)建筑行業(yè)合同總額達(dá)65萬(wàn)億元。然而傳統(tǒng)建筑材料使用規(guī)模最大的粘結(jié)體系—水泥體系，在生產(chǎn)過(guò)程中存在高能耗、高碳排放的問(wèn)題。水泥生產(chǎn)過(guò)程中通常需1450℃左右的高溫?zé)Y(jié)過(guò)程，消耗大量能源并造成巨額碳排放量，碳排放量約占全球總碳排放量的7%。同時(shí)，以水泥為粘結(jié)體系所粘結(jié)的固體顆粒十分有限，往往只能以河沙為集料，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球僅建筑行業(yè)每年就需要消耗高達(dá)500億噸河沙，這使得河沙資源迅速枯竭。與此同時(shí)，像沙漠沙，海沙以及一些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體顆粒（如礦渣，煤矸石）由于其顆粒尺寸過(guò)細(xì)、氯離子含量高以及成分復(fù)雜等原因一直得不到有效的利用。

2、目前發(fā)展出的新型低碳粘結(jié)體系，如生物礦化粘結(jié)體系，地質(zhì)聚合物粘結(jié)體系等，存在粘結(jié)強(qiáng)度低，粘結(jié)過(guò)程復(fù)雜和粘結(jié)所需時(shí)間漫長(zhǎng)等諸多問(wèn)題。cn?115745473?a中利用聚甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸甲酯為主要成分的粘合劑在交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑、引發(fā)劑、改性劑等助劑以及無(wú)機(jī)骨料（例如標(biāo)準(zhǔn)沙、海沙、河沙）的共同作用下制備出一種納米改性低溫快固早強(qiáng)構(gòu)筑材料，只不過(guò)由于該粘結(jié)劑含有聚合物粘度較大，與無(wú)機(jī)骨料混合時(shí)容易破壞尺寸或密度較小的顆粒原有的堆積方式，也會(huì)存在脆性問(wèn)題，另外，對(duì)于如沙漠沙、礦渣、鋼渣等與海沙、河沙差異性較大的固體顆粒的粘結(jié)方案也同樣未涉及的。因此，發(fā)展新型粘結(jié)體系，在溫和、低碳排放條件下粘結(jié)不同性質(zhì)的顆粒，制備出高強(qiáng)建筑材料仍然是目前面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種低碳高強(qiáng)建筑材料的制備方法。該制備方法將可以形成氫鍵的液態(tài)單體與含有雙鍵官能團(tuán)的偶聯(lián)劑組合構(gòu)筑粘結(jié)體系，替代傳統(tǒng)建筑粘結(jié)劑水泥，極大地減少了碳排放，并且由于液態(tài)單體較好的流動(dòng)性，在聚合前可以使偶聯(lián)劑順利地移動(dòng)到液體單體和固體顆粒的界面處，也不會(huì)改變固體顆粒原有的堆積方式，同時(shí)制得的建筑材料抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)190?mpa，遠(yuǎn)超普通磚和混凝土的最高國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種利用如上所述的制備方法制備得到的低碳高強(qiáng)建筑材料。

3、為達(dá)到上述第一個(gè)目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

4、本發(fā)明公開(kāi)一種低碳高強(qiáng)建筑材料的制備方法，包括如下步驟：

5、將液態(tài)單體和含有雙鍵官能團(tuán)的偶聯(lián)劑按比例混合，得到單體粘結(jié)劑；

6、將單體粘結(jié)劑除氧后，加入引發(fā)劑，將含引發(fā)劑的單體粘結(jié)劑加入到裝有固體顆粒的模具中，通過(guò)敲擊或震擊模具的方式使各物料混合均勻，最后引發(fā)原位聚合得到低碳高強(qiáng)建筑材料；

7、一般情況下，固體物料與粘結(jié)劑混合時(shí)由于粘結(jié)劑的粘度較大，需施加外力攪拌才能使各物料混合均勻，用時(shí)較長(zhǎng)，操作也比較復(fù)雜，而本發(fā)明無(wú)需攪拌過(guò)程，只要將各物料加入到模具中以后，敲擊或震擊模具3-20次即可混勻，操作更加便捷；

8、其中，所述液態(tài)單體選自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸甘油酯中的一種或多種；

9、所述偶聯(lián)劑選自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基硅烷）、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種或多種；

10、在原位聚合反應(yīng)中，偶聯(lián)劑的一端通過(guò)化學(xué)反應(yīng)與固體顆粒表面形成化學(xué)鍵，偶聯(lián)劑的另一端與液態(tài)單體發(fā)生共聚反應(yīng)形成聚合物。

11、進(jìn)一步，所述偶聯(lián)劑和液態(tài)單體的質(zhì)量比為1:99-30:70，技術(shù)人員可以通過(guò)調(diào)節(jié)單體粘結(jié)劑中偶聯(lián)劑和液態(tài)單體的比例控制后期制備的建筑材料的力學(xué)性能。

12、進(jìn)一步，所述含引發(fā)劑的單體粘結(jié)劑的粘度為0.1?mpa·s-500?mpa·s/25℃，損耗模量g’’和儲(chǔ)能模量g’之比（即損耗系數(shù)）為100-100000，說(shuō)明該單體粘結(jié)劑呈現(xiàn)出強(qiáng)流動(dòng)性的液體特征。

13、進(jìn)一步，所述引發(fā)劑與單體粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1:20-1:200，可以通過(guò)控制引發(fā)劑和單體粘結(jié)劑的比例來(lái)控制后期制備的建筑材料的力學(xué)性能。引發(fā)劑種類的選擇可以根據(jù)引發(fā)方式對(duì)應(yīng)改變，例如采用熱引發(fā)方式時(shí)，可加入熱引發(fā)劑，采用光引發(fā)方式時(shí)，可加入光引發(fā)劑，此處不做具體限定。示例性地，所述引發(fā)劑包括但不限于有機(jī)過(guò)氧類引發(fā)劑和/或偶氮類引發(fā)劑。

14、進(jìn)一步，所述偶氮類引發(fā)劑包括但不限于偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異丁酸二甲酯中的一種或多種；

15、所述有機(jī)過(guò)氧類引發(fā)劑包括但不限于過(guò)氧化苯甲酰、過(guò)氧化二叔丁基、過(guò)氧化二碳酸二異丙酯、過(guò)氧化甲乙酮、過(guò)氧化二碳酸二異丙酯的一種或多種。

16、進(jìn)一步，當(dāng)引發(fā)劑選自偶氮類引發(fā)劑時(shí)，偶氮類引發(fā)劑和單體粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1:25-1:75。

17、進(jìn)一步，當(dāng)引發(fā)劑選自有機(jī)過(guò)氧類引發(fā)劑時(shí)，有機(jī)過(guò)氧類引發(fā)劑和單體粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1:75-1:125。

18、進(jìn)一步，所述固體顆粒選自石英砂、海沙、黃金沙、珍珠沙、沙漠沙等以sio2為主要成分的沙子以及工業(yè)廢料顆粒（例如礦渣、煤渣、鋼渣等）中的一種或多種；示例性地，所述石英砂的粒徑為100-250?μm，所述沙漠沙的粒徑為50-150?μm，所述海沙的粒徑為300-500μm，所述鋼渣的粒徑為10-1000?μm，所述黃金沙的粒徑為500-1000μm；所述珍珠沙的粒徑為2000-3000μm。

19、進(jìn)一步，單體粘結(jié)劑除氧方式包括但不限于將溶液超聲10-60?min，或在溶液中通入氮?dú)?0-120?min，此處不做具體限定。

20、進(jìn)一步，所述含引發(fā)劑的單體粘結(jié)劑和固體顆粒的質(zhì)量比為1:2-1:5；示例性地，所述含引發(fā)劑的單體粘結(jié)劑和固體顆粒的質(zhì)量比可以為1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5等。

21、進(jìn)一步，引發(fā)原位聚合的方式包括熱引發(fā)聚合或光引發(fā)聚合。

22、進(jìn)一步，當(dāng)引發(fā)方式選用熱引發(fā)時(shí)，熱引發(fā)條件為在40-85℃的烘箱中加熱10-120min；

23、當(dāng)引發(fā)方式選用光引發(fā)時(shí)，光引發(fā)條件為在紫外光波長(zhǎng)為320-395nm下照射5-60min。

24、為達(dá)到上述第二個(gè)目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

25、本發(fā)明公開(kāi)一種采用如上所述制備方法制備得到的低碳高強(qiáng)建筑材料。

26、本發(fā)明的有益效果如下：

27、本發(fā)明選擇含有雙鍵官能團(tuán)的偶聯(lián)劑、可以形成氫鍵的液態(tài)單體以及引發(fā)劑進(jìn)行組合，形成流動(dòng)性強(qiáng)、粘度低、潤(rùn)濕性好的單體粘結(jié)劑。該單體粘結(jié)劑在聚合反應(yīng)前與固體顆?；旌希ㄟ^(guò)毛細(xì)滲透作用可以充分浸潤(rùn)固體顆粒表面以及進(jìn)入顆?？p隙內(nèi)，使偶聯(lián)劑分子可以順利地移動(dòng)到液體單體和固體顆粒的界面處，并不會(huì)改變固體顆粒原有的堆積方式，且粘結(jié)劑中分子可自由移動(dòng)，發(fā)生自組裝過(guò)程，將單體粘結(jié)劑和固體顆粒表面的相互作用實(shí)現(xiàn)最大化。當(dāng)發(fā)生聚合反應(yīng)后，含雙鍵的偶聯(lián)劑一端通過(guò)化學(xué)反應(yīng)與固體顆粒表面形成化學(xué)鍵，另一端可以與液態(tài)單體一起聚合，使得固體顆粒牢固粘結(jié)?？尚纬蓺滏I的單體在聚合后產(chǎn)生的聚合物由于含有大量氫鍵，具有高強(qiáng)度。因此，利用這種方式得到的塊材具有較高的抗壓強(qiáng)度，最高可達(dá)190?mpa，遠(yuǎn)超普通磚和混凝土的最高國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可滿足多種領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

28、在本發(fā)明的制備過(guò)程中，由于不引入溶劑，所以無(wú)需在后期除溶劑，粘結(jié)過(guò)程快速、簡(jiǎn)單，替代了傳統(tǒng)建筑粘結(jié)劑水泥，極大地減少了碳排放，使用更加環(huán)保。

29、本發(fā)明可以充分利用沙漠沙，海沙以及一些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體顆粒作為建筑骨料，拓寬了原料選擇范圍，并且得到的建筑材料力學(xué)性能較高，具有廣闊的應(yīng)用前景。