[发明专利]一种地质聚合物/乳化沥青复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，涉及一种地质聚合物基有机无机复合材料及其制备方法。

背景技术

地质聚合物材料的应用可追溯到古代，即以高岭土、白云岩或石灰岩与盐湖成分Na₂CO₃、草木灰成分K₂CO₃ 发生反应生成人造石。地质聚合物是上个世纪70年代末，法国科学家Davidovits首先提出来的。由于该材料体积密度小（1.3～1.9 g·cm^～3），轻质高强；耐腐蚀性、耐水热性、体积收缩小、高温热稳定性及耐久性良好；同时具有绿色环保等优点；使其逐渐成为了近年来国际上研究非常活跃的材料之一。但其抗弯、抗拉强度低，抗冲击强度差，脆性大，易开裂等问题，这些都限制了其发展与应用。

广西大学制备了地质聚合物基植物纤维复合材料，当复合材料中稻谷壳含量达到总重量的12.81 %，甘蔗渣掺量达到8.00 %，即总的植物纤维的掺量达到20.81 %时，复合材料的抗折强度达到2.53 MPa。长安大学制备的冷铺复合沥青混凝土材料28天最高抗压强度为2.99 MPa，最大抗折强度为1.68 MPa。传统的沥青（乳化沥青）混凝土材料属于半刚性材料，传统沥青混凝土复合材料在实际路用过程当中易出现粘结性、耐久性不足等缺点。

发明专利（专利号200910022109.4、200910022883.5、201210081093.6）分别公开了一种有机高分子、一种有机纤维和一种聚氯乙烯树脂与地质聚合物复合胶凝材料的制备方法，通过以上复合，制备的复合材料的抗折强度得到一些提高。但总体不论纤维还是其他有机高分子都存在价格昂贵，成型工艺复杂等明显缺点，这限制了其发展应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中碱激发地质聚合物胶凝材料存在的韧性差、脆性大的缺陷，提供了一种制备高强度和高韧性的胶凝材料的方法。地质聚合物/乳化沥青复合材料可以广泛应用于道路修补材料、绝缘材料、装饰材料等领域，具有防水、防火、耐侯性好、耐腐蚀性等特点。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种地质聚合物/乳化沥青复合材料，其主要由以下重量份数的组分组成：75～95份地质聚合物浆体和5～25份乳化沥青；所述的地质聚合物浆体主要由以下重量份数的组分组成：50～60份碱激发活性材料和50～60份改性水玻璃。

该地质聚合物/乳化沥青复合材料是先由50～60份碱激发活性材料和50～60份改性水玻璃混合搅拌15～30分钟制备出地质聚合物浆体，再把75～95份地质聚合物浆体与5～25份乳化沥青混合5分钟后，将地质聚合物/乳化沥青混合浆体注入模具中养护在一定温度下养护一定时间得到的一种地质聚合物/乳化沥青复合材料。

作为本发明的进一步说明，以上所述的地质聚合物/乳化沥青复合材料主要由以下优选的重量份数的组分组成：75份地质聚合物浆体和25份乳化沥青；所述的地质聚合物浆体由碱激发活性材料与改性水玻璃按质量比为1:1的优选比例混合制备而成。

作为本发明的进一步说明，以上所述的碱激发活性材料为偏高岭土、矿渣和粉煤灰中的一种或两种以上的混合物。当采用两种以上原料的混合物时，可以由任意比例的原料混合得到。

作为本发明的进一步说明，以上所述的乳化沥青采用固含量为50～70 %的工业乳化沥青。

作为本发明的进一步说明，以上所述的改性水玻璃为工业钠水玻璃溶液或工业钾水玻璃溶液和NaOH混合配制成模数为1.0～2.0的改性水玻璃溶液。

模数为1.0～2.0的改性水玻璃溶液与碱激发活性材料反应可以生成强度较高的地质聚合物材料，模数太高溶液中碱浓度太低，碱激发活性材料与改性水玻璃反应不充分，生成的地质聚合物材料强度太低，模数太低，改性水玻璃与碱激发活性材料反应速度太快，反应热高，不容易操作。

改性水玻璃的作用在于与偏高岭土、矿渣、粉煤灰等碱激发活性材料反应生成地质聚合物浆体。地质聚合物浆体与乳化沥青混合均匀后固化，可以制备一种有机无机复合材料，该材料在道路修补领域具有广泛的应用前景。

水玻璃，即硅酸钠，俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃,是一种矿黏合剂。其化学式为R₂O·n SiO₂，式中R₂O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的模数。其粘结力强、强度较高，耐酸性、耐热性好。