一种高韧性陶粒混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高韧性陶粒混凝土及其制备方法。
【背景技术】
[0002]国务院办公厅《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见的通知》规定:沿海城市与其他土地资源稀缺的城市从2000年6月开始禁止使用实心粘土砖，以保护我国有限的土地资源。发展不用土或少用土的页岩陶粒、粉煤灰陶粒等有利于保护土地资源、促进生态文明，在国外，陶粒混凝土已经广泛运用于建筑砌块和大型墙板中，甚至用于承重结构中，其经济效益十分明显。相对于代替粘土砖作为外墙材料的加气砌块，加气陶粒混凝土砌块在密度相当的前提下，由于有陶粒作为骨料，强度有所提高。除了较一般混凝土密度低的优点之外，陶粒混凝土由于采用页岩、城市建筑垃圾或者淤泥生产的陶粒代替石子作为骨料，还具有保温效果好、耐侵蚀、隔音效果好、环保等优点。随着中国近年来快速的城市化进程，陶粒混凝土的使用范围越来越广。然而，目前再生骨料混凝土承重结构的抗震与抗冲击性能试验研究很少，与之对应的是适合承重结构用的陶粒混凝土研究很少。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种高韧性陶粒混凝土及其制备方法，其将改性复合炭素纳米材料、活化处理的木粉和等规聚丙烯相结合，通过偶联剂和相容剂的表面改性作用，形成独特的增韧添加剂，将其用于混凝土制备，可使所得混凝土具有良好的韧性、抗疲劳性、各向同性、抗冲击，抗震与抗裂性能。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种高韧性陶粒混凝土，其所用原料按重量份计包括:水泥320-360份、锂渣粉40-80份、硅灰20-40份、再生粗骨料700-900份、陶粒500-800份、减水剂3-4份、水100-120份，聚丙烯酸酯10-20份、增韧添加剂20-30份、葡萄糖酸钠0.05-0.1份、三乙醇胺10-15份。
[0005]所述锂渣粉的平均粒径为4.0-6.6μπι ；
所述娃灰的比表面积2 1600m2/kg；
所述减水剂为市售的萘系高效减水剂，其减水率为18-24%。
[0006]所述增韧添加剂的制备方法包括以下步骤:
1)在室温下将偶联剂加入水中搅拌至其完全溶解;然后加入改性复合炭素纳米材料和活化处理的木粉，室温超声分散2 h后搅拌3 h，再升温至55-57°C搅拌24 h，过滤，所得粉末置于工业离心机中，以450 r/min离心20 min，再于50_52°C下真空干燥20h;
2)将等规聚丙稀、填料与步骤I)制得的粉末装入高速混合机中，在320-350r/min转速下分散2-3 h后升温至113-115°C，再加入相容剂，在500-550 r/min转速下分散16-20 min后，放入冷混锅中冷却，待温度降到48-50°C时放料，得到初混料；
3)将所得初混料置于172-180°C、转速为65-75r/min的双螺杆挤出机中混炼0.5-1 h后挤出，得到混炼料； 4)将所得混炼料粉碎处理，得到粒度为80-160目的混凝土添加剂；
所用各原料按重量份计为:改性复合炭素纳米材料1-2份、活化处理的木粉35-40份、等规聚丙烯18-23份、水100-150份、偶联剂2.5-3.5份、填料3-5份、相容剂2.2-3.2份。
[0007]所述改性复合炭素纳米材料的制备方法包括如下步骤:
1)在两个相同的6L尼龙球磨罐中分别装入62颗直径为5 mm的不锈钢球和46颗直径为10 mm的不锈钢球，然后分别加入1.4 kg由石墨粉和纳米碳管按质量比1.5:1组成的复合炭素材料，再分别滴加120 mL无水乙醇，用尼龙盖密封，将两个球磨罐对称放入球磨机中，在转速为500 rpm、且每30 min自动转换旋转方向的条件下球磨处理60 h；
2)将步骤I)处理后的复合炭素材料加入到pH值为8、质量浓度为16%的Tween40水溶液中，超声15 h，过滤，所得滤渣用水洗净后于60-62°C下真空干燥20 h;
3)将步骤2)处理后的复合炭素材料加入到浓度为2M的HCl溶液中，超声36 h，过滤，所得滤渣用纯水洗净后于70-72°C下真空干燥24 h;
4)将步骤3)处理后的复合炭素材料加入到40L由浓硫酸和浓硝酸按体积比9.5:0.5组成的混酸中，在5_6°C下超声处理10 h后，加入2.8 kg高猛酸钾和0.9 kg硝酸钠，在4_5°C下搅拌24 h;然后升温至38-40°C，搅拌12 h，然后在搅拌条件下、在1.5 h内缓慢加入60 L水，再升温至90-92°C继续搅拌15 h;然后在搅拌条件下、在1.5 h内缓慢加入85 L水，最后在搅拌下、在3 h内缓慢加入4.5 L双氧水，继续搅拌16 h后过滤，所得滤渣用水洗净，在75°C下真空干燥24 h，得到2.32-2.55 kg灰褐色复合炭素纳米材料；
5)取步骤4)所得复合炭素纳米材料2.2kg，加入到20 L亚硫酰氯中，在78-80 °C、搅拌条件下反应24-36 h，然后以4500-5000 rpm离心处理10-15 min，分离亚硫酰氯，所得粉末经无水四氢呋喃洗净，并在室温下真空干燥6 h;再将粉末加入到12 L有机溶剂A中，室温超声2 h、搅拌3 h后，在48-50°C、搅拌条件下，在15-18 h内缓慢滴加3 L溶解有0.7 kg二元醇化合物的有机溶剂B，滴加完毕后于55-57°C继续搅拌10 h;然后升温至103-105°C搅拌20h，再升温至150-152°C搅拌18-22 h后，减压蒸馏回收有机溶剂，所得粉末经乙醇洗净后，在53-55°C下真空干燥60-65 h，得到2.43-2.66 kg含羟基功能团的复合炭素纳米材料；
6)取步骤5)所得含羟基功能团的复合炭素纳米材料2.4kg，加入到35 L三氯甲烷中，在氮气保护下室温超声处理2 h后，然后加入100 mL三氟化硼-乙醚络合物并室温搅拌2 h;再在-7~-8°C、搅拌条件下，在5 h内缓慢滴加550 mL 3-甲基-3-氧杂环丁烷甲醇，滴加完毕后于-7?_8°C继续搅拌30 h;最后加入500 mL无水乙醇，以4600-5000 rpm离心处理15-18min，分离回收溶剂，所得粉末经无水乙醇洗净，并在室温下真空干燥12 h，得到2.74-2.83kg所述改性复合炭素纳米材料；
其中，所述石墨粉为市售的高纯超细石墨粉或天然单晶石墨粉；
所述纳米碳管为市售的多壁纳米碳管；
所述双氧水为市售浓度为35%的过氧化氢水溶液；
所述有机溶剂A为经干燥处理的无水N-甲基吡咯烷酮或N，N’_二甲基乙酰胺；
所述有机溶剂B是将经干燥处理的无水丙酮与N，N’_二甲基乙酰胺按体积比1:9组成的混合溶剂；
所述二元醇化合物为I，6_己二醇、I，8_辛二醇、I，10-癸二醇或I，5-戊二醇。
[0008]所述活化处理的木粉是将75kg、粒径为90-200目的木粉在180 L、质量浓度为15%的氢氧化钠水溶液中搅拌12h后过滤，所得木粉用水洗至中性;然后将所得木粉在120 L、质量浓度为12%的过氧化氢水溶液中搅拌18h后过滤，所得木粉用水洗净，再于65-67°C下干燥12h即得。
[0009]所述偶联剂为市售的A-151或A-171硅烷偶联剂;所述填料为轻质碳酸钙，其粒径为1-30 μπι;所述相容剂为马来酸酐接枝共聚物。
[0010]所述高韧性陶粒混凝土的制备方法是将水泥、锂渣粉、硅灰、陶粒、再生粗骨料、聚丙烯酸酯、增韧添加剂按比例混合，搅拌20-30 s使其混合均匀，再投入减水剂，搅拌30-40s后将三乙醇胺、葡萄糖酸钠与水同时加入搅拌机中，搅拌15-20min;然后经振捣、浇注、标准养护制得所述高韧性陶粒混凝土。
[0011]与已有技术相比，本发明的技术方案有如下有益效果:
本发明首次采用了一种“改性复合炭素纳米材料”。该材料以石墨粉和纳米碳管这两种炭素材料为基础，通过球磨、超声、混酸氧化等步骤首先制备出复合炭素纳米材料。复合炭素纳米材料中包含大量力学性能优异的二维结构的石墨片和一维结构的纳米碳管，是一种非常理想的混凝土增韧增强材料。但复合炭素纳米材料的比表面积大，且比表面能高，容易团聚形成块状聚集体而丧失其优异的力学性能，本发明进一步对复合炭素纳米材料进行化学改性，在其表面构筑支化高分子结构，以显著增强炭素纳米材料之间的排斥作用，从而制备得到改性复合炭素纳米材料。这种改性复合炭素纳米材料不仅能在混凝土