[发明专利]PVA纤维增强的超高韧性地聚合物基复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种建筑用复合材料，具体来说是一种PVA纤维增强的超高韧性地聚合物基复合材料及制备方法。

背景技术

地聚合物是一种以无机[SiO₄]、[AlO₄]四面体为主要组成，具有空间三维网络状键接结构的新型无机硅铝质胶凝材料。与传统水泥基材料相比，其原材料来源广泛，且制备方便、能耗小、CO₂排放量低，同时具有快硬早强、高强、抗渗、抗冻、高韧、耐腐蚀、耐火以及固封重金属等优异性能，使其在工程上特别是抢修抢建工程得到了很好的应用。但是，由于地聚合物材料自身抗拉强度低、脆性大等固有弱点，在建设和使用过程中易出现不同程度和不同形式的裂缝，制约着这种材料的推广使用。

因此为了增强地聚合物材料的强度和韧性，Davidovits在1989年到1994年间分别用玻璃纤维、碳纤维和碳化硅纤维增韧地聚合物材料，使其抗弯强度分别达到了140MPa、175MPa、220MPa，尤其是用碳纤维增强的地聚合物复合材料，它在1000℃下不氧化不变形，力学性能基本稳定。D.M.Ryo于1976年采用热压工艺制得了孔隙率为2%，抗压强度为650MPa的类岩石胶凝体。意大利的科学家则把纤化聚丙烯网添加到地聚物材料中并成功制备轻质顶板；日本的镜美添加了PVA，制造了人造大理石。

但是由于地聚合物胶凝体系凝结、硬化机理与常见的硅酸盐水泥有着很大差别，在早期反应过程中许多因素都影响着该复合材料的强度，如：固体混合物中的硅铝比、碱激发剂含量和养护条件等。因此探寻该材料的最优配合比与最佳反应条件，对该复合材料的推广应用具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种PVA增强的超高韧性地聚合物基复合材料及制备方法，所述的这种PVA增强的超高韧性地聚合物基复合材料及制备方法要解决现有技术中的混凝土抗拉强度低、自重大、脆性大、控制裂缝的能力较差的技术问题。

本发明提供了一种PVA增强的超高韧性地聚合物基复合材料，由低钙粉煤灰、高钙粉煤灰、氢氧化钠、石英砂、硅酸钠、水、偏高岭土和聚乙烯醇纤维组成，各组份的重量份数如下：

低钙粉煤灰542份；

高钙粉煤灰136份；

石英砂183~203份；

偏高岭土0~20份；

水160份；

氢氧化钠38份；

硅酸钠173份；

聚乙烯醇纤维14~17份；

进一步的，所述的低钙粉煤灰粉为一级低钙粉煤灰粉，中位径(D50)为4.732µm。

进一步的，所述的高钙粉煤灰为一级高钙粉煤灰，中位径(D50)为19.45µm。

进一步的，所述的石英砂为30~100目的石英砂，最大粒径不超过0.6mm。

进一步的，所述的偏高岭土中位径（D50）为5.210µm。

进一步的，所述的氢氧化钠为纯度为98%颗粒状氢氧化钠。

进一步的，所述的硅酸钠为3.3模的液体硅酸钠。

进一步的，所述的聚乙烯醇纤维长度为12mm，直径为39μm，抗拉强度为1620MPa，弹性模量为42.8GPa。

本发明还提供了上述的一种PVA增强的超高韧性地聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)按照重量份数称取各反应物质；

2)将低钙粉煤灰、高钙粉煤灰、偏高岭土、石英砂加入到搅拌锅中，在公转62±5r/min，自转140±5r/min的条件下干搅2～4分钟至均匀；

3)将水、硅酸钠、氢氧化钠在一个反应容器中混合搅拌均匀制成碱激发剂；

4)将碱激发剂加入到步骤1）的搅拌锅中，在公转125±10r/min，自转285±10r/min的条件下搅拌3～5分钟；

5)加入聚乙烯醇纤维，再搅拌5~8分钟，直至纤维分散均匀，即得到所述的PVA纤维增强的超高韧性地聚合物基复合材料。

本发明将废弃的工业废渣粉煤灰在高韧性地聚合物基复合材料领域进行再利用，有效的消耗了工业废渣，并且降低了能源的消耗，在充分发挥工业废渣作用、解决粉煤灰对环境污染的问题，同时增加了超高韧性地聚合物基复合材料原料的来源，以便于更好地推广应用，减少了二氧化碳排放、减少环境污染。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明的PVA纤维增强的超高韧性地聚合物基复合材料具有以下有益效果：