[发明专利]一种高流变性地聚合物砂浆及其制备方法

说明书

本发明公开一种高流变性地聚合物砂浆及其制备方法，原料包括偏高岭土、粉煤灰、碱激发剂、减水剂、水、石英砂、PVA粉末、纳米二氧化硅、石墨烯、橡胶粉、表面活性剂；制备方法包括，取橡胶粉置于氢氧化钠溶液中浸泡后置于硅烷偶联剂的乙醇溶液中浸泡得改性胶粉；PVA置于水中加热溶解，加入表面活性剂和纳米二氧化硅，改性胶粉，加热得混合物，静电纺丝得改性PVA纤维；取偏高岭土、粉煤灰和石英砂搅拌，搅拌的情况下，依次加入碱激发剂、石墨烯以及改性PVA纤维，待混合均匀后加入减水剂，继续搅拌均匀即得高流变性地聚合物砂浆。本发明制备的地聚合物砂浆具有很好的流变性和力学性能，可满足施工要求。

技术领域

本发明涉及无机聚合材料领域，具体涉及一种高流变性地聚合物砂浆及其制备方法。

背景技术

混凝土和砂浆是水利工程和土木工程中应用较多的材料，在工程建设中发挥着关键的作用。随着时间的推移，许多在潮湿环境或工业环境下的混凝土结构出现了不同程度的腐蚀破坏，导致结构耐久性下降，产生了许多安全隐患，急需进行局部修补加固。有资料表明，国内利用混凝土进行隧道衬砌普遍存在开裂情况，据统计开裂长度约占总长度的五分之一；约一半的工业和民用建筑老化期严重，大量建筑物出现耐久性的问题，混凝土结构建筑物坍塌事故发生频繁。国外高速公路上的混凝土桥梁安全系数较低，最大载重量时常受到政府约束。用于维护、重建和修补的费用比例大大提升。沿海城市是自然环境特殊的地区，由于海盐作用混凝土结构破坏现象经常发生。学术界和工程界对遭到破坏的混凝土如何进行加固的问题广泛关注。

地聚合物是以矿物和废弃物以及硅铝化合物等材料，通过碱激发作用形成的以SiO₄和AlO₄四面体单元组成的三维立体网状结构。地聚合物具有耐高温性能好、强度高、耐腐蚀性和耐久性能等优良特性，在制备过程中使用了粉煤灰和废弃矿渣等廉价废弃物，节约了成本且污染物排出量降低环境问题显著改善。近年来，国内外诸多研究者采用地聚合物配制出了可用于结构补强加固用的地聚合物砂浆或复合材料，并对其性能进行了大量研究。

地聚合物砂浆用于混凝土结构修复加固材料，可节约能源，降低资源消耗，减轻大量水泥生产带来的环境污染，同时地聚合物砂浆具有良好的力学性能、耐久性、快硬固化性以及粘结性能。短纤维可增强硬化砂浆材料的韧性，使砂浆复合材料的破坏模式由脆性破坏变为延性破坏，纳米粒子可改善硬化砂浆的微观结构，提高砂浆材料的强度，可较好地改善砂浆材料的抗冻性、抗冲磨、抗渗性、抗酸雨侵蚀性等耐久性能。通过在地聚合物砂浆中同时掺加纳米粒子和PVA短纤维将会得到既节能环保，同时又具有良好力学性能、超高韧性和较高耐久性的混凝土结构修补加固材料。

CN108546028A公开了一种纳米二氧化硅和PVA纤维增强地聚合物砂浆的制备方法，公开了将纳米二氧化硅和PVA纤维掺杂入地聚合物砂浆中可提高材料的力学性能和粘结特性。然而，随着PVA掺杂量的增加，地聚合物砂浆的流动性减小，屈服应力、塑性粘度和触变性变大从而增加了其施工的粘度，尽管纳米二氧化硅的掺入使混合体系比表面积增大，使表层吸附水量增多，可以在一定程度上增大砂浆的流动性，但是当二氧化硅的掺杂量过大时，掺入纳米二氧化硅增加的吸附水的量大于减小的填充水的量，则降低了地聚合物砂浆的流动性，增加了屈服强度、塑性粘度和触变性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高流变性地聚合物砂浆及其制备方法，通过将PVA纤维在掺杂前进行改性处理，使高PVA掺杂量的地聚合物砂浆在具有极好的力学性能和粘结性能的同时仍然能保证其具有极好的流动性，保证地聚合物砂浆的施工性能。

一种高流变性地聚合物砂浆，以质量份数计，原料包括以下成分：偏高岭土410-450份、粉煤灰160-200份、碱激发剂500-520份、减水剂1-5份、水100-120份、石英砂600-620份、PVA粉末30-60份、纳米二氧化硅10-20份、石墨烯5-10份、橡胶粉5-10份、表面活性剂3-5份。

优选的，所述碱激发剂由水玻璃和氢氧化钠按质量比445:71混合而组成。