[发明专利]一种高强度低收缩水泥复合材料制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度低收缩水泥复合材料制备方法，在废玻璃部分替代的水泥中加入空心粉煤灰并掺入丙烯酰胺和丙烯酸纳共聚物，以形成互穿网格结构，在保证高强度的同时由于网格微观结构的存在减少了水泥复合材料的收缩率。

技术领域

本发明属于水泥材料制备应用技术领域，具体涉及一种高强度低收缩水泥复合材料及其制备方法。

背景技术

水泥由于其在混凝土中作为高强度粘合剂的作用，而被大量生产和使用。水泥生产消耗了大量的工业能源并排放了大量二氧化碳，加快全球变暖和气候变化，成为消耗最多和污染最大的生产之一。但水泥的需求持续旺盛增长，生产量和生产率每年都在提高。为了减少水泥的消耗，使用工业副产品或固体废料代替水泥的减少水泥使用的可行方案，最终减少温室气体的排放。在早期，一些火山灰材料，如粉煤灰、硅粉和高炉矿渣已成功地用作水泥替代品，但由于他们也是其它能源密集型和大气污染产业的副产品，因此，以上并不能作为可行的长期解决方案。因此，与工业副产品相比，再生废料更可取，它们可以替代水泥，从而促进绿色建筑和可持续性。

压制压碎的细玻璃颗粒具有火山灰的特性，因此作为再生回收材料的废玻璃也同样被用于建筑业。由于玻璃的成分比较稳定，即使多次循环使用，废玻璃的物理和化学性质也不会改变。因此，废玻璃材料正在广泛回收利用。

耐久性是复合水泥材料应用的一项重要属性。再生回收的废玻璃一般作为混凝土中细骨料替代品，但废玻璃的掺入增加了碱硅反应的几率，但会降低混凝土的机械性能和耐久度。废玻璃的颗粒大小与填充结构决定了发生碱硅反应的几率。耐久性的另一个重要指标就是水泥的收缩率，通常情况下轻质骨料比水泥浆基质具有更多空隙。对于水泥复合材料来说聚合物添加剂可用于提高轻质混凝土的耐久性，因为它具有增强致密内部结构和阻塞孔之间连通性的能力，导致吸水率降低，并增强了轻质骨料混凝土颗粒之间的结合力，然而由于废玻璃的自重大，与作为轻质骨料的粉煤灰难以形成致密的内部结构。

发明内容

1.为了解决废玻璃取代的水泥材料空隙率高强度低的缺点，本发明提供了一种高强度低收缩水泥复合材料制备方法，在废玻璃部分替代的水泥中加入空心粉煤灰并掺入丙烯酰胺和丙烯酸纳共聚物，以形成互穿网格结构，在保证高强度的同时由于网格微观结构的存在减少了水泥复合材料的收缩率。

2.本发明提供的水泥复合材料为部分被压制后粗粒度为80~120 μm废玻璃取代的水泥复合材料，堆积密度为300~500 kg/m³粉煤灰作为微集料，使用改进的混合方法混合，混合时掺入聚合物干粉，聚合物干粉包含过硫酸铵、丙烯酰胺和丙烯酸钠的共聚物，形成互穿网格结构，最终得到高强度低收缩水泥复合材料。

更进一步的，所述废玻璃取代水泥的质量比例为10~30 %；所述水泥为市售水泥，其化学组分为MgO、Al₂O₃、SiO₂、SO₄、K₂O、CaO、Fe₂O₃。

所述粉煤灰为空心颗粒，粉煤灰与废玻璃的质量比为1:1~2；

所述聚合物中硫酸铵与丙烯酰胺和丙烯酸钠的共聚物的质量比例为1：（0.2~5）；丙烯酰胺和丙烯酸钠的共聚物的粒径为80~120 μm；总聚合物质量为废玻璃的0.2~0.5 %。

本发明还提供了一种改进的混合方法，在强制式混凝土搅拌机中进行搅拌，具体步骤如下：

（1）干粉混合1~5 min；（2）加入工业用水和减水剂；（3）搅拌速度从低速0.5~1.5m/s到高速2.0~3.0 m/s再到低速0.5~1.5 m/s混合5~15 min；

所述聚合物以干粉的形式加入，开始混合0.5~1 min时加入聚合物干粉；聚合物干粉需要提前进行超声处理5~20 min，提高聚合物干粉的分散性。