海绵城市高强高韧性再生骨料混凝土及其制备方法_2

文档序号:9778797阅读:来源:国知局
br>[0018]所述的吐温20为市售的浅黄色粘稠液体,其主要物化指标:活性物:98-99%;皂化值(KOHmg/g):40-50;羟值(KOH mg/g):80-108;HLB值:16.7;酸值(KOH mg/g): <1.0;水份(%): <1.0。
[0019]本发明的作用机理在于:
本发明的混凝土增韧用复合材料首次采用了改性二氧化硅纳米管。二氧化硅纳米管具有力学性能优异的二维纳米管结构,是一种理想的混凝土增韧材料。由于二氧化硅纳米管比表面能高,比表面积大,容易团聚形成块状聚集体而丧失其优异的力学性能,本发明进一步对二氧化硅纳米管进行化学改性,通过在其表面构筑超支化高分子结构,显著增强纳米管之间的体积排斥作用。这种改性二氧化硅纳米管可以在混凝土体系中充分分散,更好地发挥不同增韧材料的协同效果。同时,本发明的增韧用复合材料采用了成本较低、来源广泛、易于加工且环境友好的木粉纤维。经化学活化处理的木粉纤维分子链中含有大量亲水性强的羟基活性基团,可以与混凝土成型过程中的水化产物,如硅酸钙凝胶、钙矾石和氢氧化钙等物质形成氢键等分子间作用力,从而提高混凝土的微观应力应变性能。
[0020]本发明的有益效果在于:
I)本发明的混凝土增韧用复合材料通过增溶剂和硅烷偶联剂的表面改性作用,首次将增韧效能优异的改性二氧化硅纳米管、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和木粉纤维这三种材料有效结合,形成了一种独特的复合增韧体系,制备出的复合材料可以在混凝土中充分分散,有效发挥材料协同增韧的效果,赋予混凝土整体具有良好的韧性、各向同性和抗疲劳性;
2)本发明制备得到的混凝土 28天抗压强度可以达到30-60MPa,可以得到高强高韧性再生骨料透水混凝土,具有很高的透水性,使得制备的再生骨料混凝土适合海绵城市使用。
【具体实施方式】
[0021]本发明用下列实施例来进一步说明本发明,但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
[0022]实施例1
首先制备改性二氧化硅纳米管:
(1)在两个相同的5L尼龙罐中各装入30颗直径为10 mm的不锈钢球和45颗直径为5 mm的不锈钢球,然后分别加入0.9 kg二氧化硅纳米管,再分别滴加90 ml无水乙醇,并用尼龙盖密封;将两个球磨罐对称地放入球磨机中,在转速为400 rpm、且每30分钟自动转换旋转方向的条件下球磨处理48 h;
(2)取步骤(I)处理后的二氧化硅纳米管加入到pH为8、浓度为20wt%的吐温20的水溶液中超声18 h,过滤,用水洗净后,于55°C下真空干燥15 h;
(3)取步骤(2)处理后的二氧化娃纳米管在40L、浓度为35wt%的氢氧化钠水溶液中搅拌48小时,过滤,将粉末用纯水洗净后,于60°C下真空干燥18 h;
(4)取步骤(3)处理后的二氧化硅纳米管在35L、浓度为20被%的双氧水中搅拌72小时,过滤,将粉末用纯水洗净后,于50°C下真空干燥48 h,得到1.57 kg表面带羟基的二氧化硅纳米管;
(5)取步骤(4)制备的表面带羟基的二氧化硅纳米管1.5kg,加入到40 L二氯甲烷中,在氮气保护下室温超声处理3 h后,加入110 ml三氟化硼-乙醚络合物并室温搅拌3 h;再在-15°C、搅拌条件下,控制6 h时间缓慢滴加570 ml 3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷,滴加完毕后于_13°C继续搅拌I h;然后加入550 ml无水甲醇,按5800 rpm的转速离心处理23 min,分离回收溶剂,粉末经无水甲醇洗净并在室温下真空干燥24 h后,得到1.82 kg改性二氧化硅纳米管。
[0023]然后对木粉纤维进行活化处理:室温下,将粒径为180目的木粉纤维45kg,在136L、浓度为20wt%的氢氧化钠水溶液中搅拌36小时后过滤,将木粉纤维用水洗至中性;然后,将木粉纤维在90 L浓度为18wt%的过氧化氢水溶液中搅拌30小时,过滤并用水洗净;再将木粉纤维加入到pH为8、浓度为25 wt%的吐温20的水溶液中超声3 h、搅拌18小时后过滤,用水洗净后,于61°C下真空干燥24 h后待用。
[0024]进一步制备混凝土增韧用复合材料:
(1)按各组分的用量,即改性二氧化硅纳米管1.6kg、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物24 kg、活化木粉纤维47 kg、硅烷偶联剂4.3 1^、增溶剂3.1 1^、填料4.5 kg和水210 kg,选取改性二氧化硅纳米管、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、木粉纤维、硅烷偶联剂、增溶剂、填料和水备用;
(2)在室温下将硅烷偶联剂加入水中,搅拌至完全溶解,制得硅烷偶联剂水溶液;然后将改性二氧化硅纳米管和活化木粉纤维加入到硅烷偶联剂水溶液中,超声3 h后搅拌5 h,再升温至60°C搅拌36 h,过滤,将粉末按500 r/min的转速离心处理35 min,再将粉末在54°C下真空干燥30小时待用;
(3)将填料、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和步骤(2)备好的粉末装入高速混合机中,在380 r/min转速下分散3.5 h后,升温至106°C,再加入增溶剂,在550 r/min转速下分散20 min后,放入冷混锅中冷却,待温度降到49°C时放料,得到初混料;
(4)将步骤(3)制备好的初混料置于温度为180°C、转速为80r/min的双螺杆挤出机中混炼I h后挤出,得到混炼料;
(5)将步骤(4)制备好的混炼料粉碎处理,即得到混凝土增韧用复合材料,其粒度为140
目;
进一步制备海绵城市尚强尚初性再生骨料混凝土:
1)配比采用:水泥350份、锂渣粉50份、硅灰30份、再生粗骨料800份、天然粗骨料600份、减水剂3份、超细微珠20份、水110份、聚丙烯酸酯15份、胶黏剂15份、增韧材料25份、三乙醇胺I份、葡萄糖酸钠0.05份;
2)将水泥、锂渣粉、硅灰、再生粗骨料、天然粗骨料、超细微珠、聚丙烯酸酯、增韧材料按比例混合,搅拌25 s,使各粉料混合均匀,再投入减水剂与胶黏剂,搅拌35 s,再将三乙醇胺、葡萄糖酸钠与水同时加入搅拌机中,搅拌18分钟;将上述原材料搅拌均匀制成混合料,就得到一种高强高韧性透水混凝土;所制得的再生骨料混凝土 28天抗压强度为56.7MPa,28天劈裂强度为4.65 MPa,土,透水系数(25°C)为3.2臟/8;连续孔隙率为12%;25次冻融循环后抗压强度损失率为14.6%。
[0025]实施例2
首先制备改性二氧化硅纳米管:
(1)在两个相同的5L尼龙罐中各装入30颗直径为10 mm的不锈钢球和45颗直径为5 mm的不锈钢球,然后分别加入0.9 kg二氧化硅纳米管,再分别滴加90 ml无水乙醇,并用尼龙盖密封;将两个球磨罐对称地放入球磨机中,在转速为400 rpm、且每30分钟自动转换旋转方向的条件下球磨处理48 h;
(2)取步骤(I)处理后的二氧化硅纳米管加入到pH为8、浓度为20wt%的吐温20的水溶液中超声18 h,过滤,用水洗净后,于57°C下真空干燥15 h;
(3)取步骤(2)处理后的二氧化娃纳米管在40L、浓度为35wt%的氢氧化钠水溶液中搅拌48小时,过滤,将粉末用纯水洗净后,于59°C下真空干燥18 h;
(4)取步骤(3)处理后的二氧化硅纳米管在35L、浓度为20被%的双氧水中搅拌72小时,过滤,将粉末用纯水洗净后,于52°C下真空干燥48 h,得到1.60 kg表面带羟基的二氧化硅纳米管;
(5)取步骤(4)制备的表面带羟基的二氧化硅纳米管1.5kg,加入到40 L二氯甲烷中,在氮气保护下室温超声处理3 h后,加入110 ml三氟化硼-乙醚络合物并室温搅拌3 h;再在-13°C和搅拌条件下,控制6 h时间缓慢滴加570 ml 3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷,滴加完毕后于-11°C继续搅拌I h;然后加入550 ml无水甲醇,按6000 rpm的转速离心处理25min,分离回收溶剂,粉末经无水甲醇洗净并在室温下真空干燥24 h后,得到1.86 kg改性二氧化硅纳米管。
[0026]然后对木粉纤维进行活化处理:室温下,将粒径为230目的木粉纤维45kg,在136L、浓度为20wt%的氢氧化钠水溶液中搅拌36小时后过滤,将木粉纤维用水洗至中性;然后,将木粉纤维在90 L浓度为18wt%的过氧化氢水溶液中搅拌30小时,过滤并用水洗净;再将木粉纤维加入到pH为8、浓度为25的%的吐温20的水溶液中超声3 h、搅拌18小时后过滤,用水洗净后,于60°C下真空干燥24 h后待用。
[0027]进一步制备混凝土增韧用复合材料:
(1)按各组分的用量,即改性二氧化硅纳米管1.8kg、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物28 kg、木粉纤维50 kg、硅烷偶联剂5 1^、增溶剂3.5 kg、填
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