技术领域
[0001] 本
发明涉及
建筑材料制造领域，尤其涉及一种绿色
水泥复合材料。
背景技术
[0002] 近年来，随着环保意识的提高，天然
植物纤维作为一种新的环境友好材料，被广泛应用于建筑材料中。植物
纤维水泥复合材料是以
硅酸盐水泥为主要胶结材料，以植物纤维为
增强材料，添加一定的化学助剂，在一定工艺条件下制成的绿色材料。植物纤维水泥复合材料因其
密度小、导热系数低及
隔音性能好而被广泛应用。但是大部分植物纤维中存在大量对水泥基有缓凝或阻凝作用的抽出物，对界面结合极为不利，进而影响复合材料的强度。
申请号为CN92104363.5的
专利提出的“一年生植物纤维水泥复合板的制备方法”，通过把植物纤维与水泥隔离开，使析出物大大减少而难以影响水泥的
凝结，工艺简便、成本低廉。但是该申请采用氢
氧化
钙液体包覆植物纤维时，也影响了植物纤维在水泥基材中的发挥，大大减弱了植物纤维自身的增强效果，水泥的强度和韧性较差。
发明内容
[0003] 针对以上问题，本发明提出一种绿色水泥复合材料，采用绿色环保的秸秆和矿渣填充水泥，并对秸秆有效处理除去大部分抽出物，得到的复合材料强度高，韧性好。
[0004] 为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：一种绿色水泥复合材料，包含以下重量份的组分：100份的水泥基材、5-10份的甲基硅油、5-8份的
磷酸盐、5-8份的
硅藻土、3-5份的活性
二氧化硅、25-45份的秸秆纤维、10-15份的矿渣和2-3份玻璃纤维；所述秸秆纤维的制备方法为：将秸秆
破碎，分离成3-5cm长的短秸秆，加入到
质量百分比为7-10%的氢氧化钠溶液中进行
碱处理，然后用
醋酸中和水洗，去除水洗液，将秸秆加入到脲
醛树脂胶液中，在50-60℃下持续搅拌30-60min，然后在60-80℃下烘干得到秸秆纤维。
[0005]
硅酸盐类水泥本身有一个缺点，就是较脆，植物纤维的填充能大大提升水泥的韧性，但是天然植物纤维多为低弹模纤维，对提升水泥的
抗拉强度和刚性作用不大，因此本发明还加入了少量矿渣和玻璃纤维。植物纤维填充水泥时，植物纤维内部的
抽取物对水泥有缓凝作用，本发明采用碱处理的形式脱除植物纤维中大部分不利水泥凝结的抽出物，然后用脲醛树脂胶液填充植物纤维表面的凹坑，植物纤维和水泥复合时，胶液在复合界面扩散，形成致密的界面结合层，植物纤维在填充增强水泥时，自身被水泥基体材料牢牢包裹，大大改善了水泥复合材料的韧性和强度。
[0006] 优选的，所述脲醛树脂胶液的制备方法如下：将重量份为10-20份的尿素、5-10份的甲醛在100℃下恒温反应2-3h，然后加入重量份为3-5份的甘油和4-7份的
氯化铵溶液，150-250rpm的转速下持续搅拌10-15min，将得到的
混合液取出，静置分层，所得胶状液即所述脲醛树脂胶液。
[0007] 本发明以甲醛和尿素为主料，通过加入甘油和氯化铵发生协同作用，得到的脲醛树脂有着环保和低成本的特点，同时，得到的脲醛树脂胶液在水泥中较稳定，耐水性能优异。
[0008] 优选的，所述碱处理的
温度为50-60℃，碱处理的时间为10-20min，本发明采用的碱液浓度较高，碱处理温度和时间不宜过高，避免秸秆的纤维结构被破坏。
[0009] 优选的，所述矿渣包括氧化硅、氧化
铝、氧化
铁和氧化钙，这些氧化物可以同水泥水化产物中的氢氧化钙发生二次水化反应，生成的硅酸盐矿物可以提高水泥基材的后期强度和耐久性。
[0010] 优选的，所述磷酸盐为三聚磷酸钠，三聚磷酸钠一方面可以提高水泥净浆的流动度，另外可以有效改善水泥的标准稠度凝结时间。
[0011] 优选的，所述水泥基材和秸秆纤维的重量比为1：0.3-0.4，当两者的比值在该范围内时，复合材料的强度最大，随着比值的增大，脲醛树脂凝胶不能有效的填充，植物纤维和水泥复合板的结合强度会降低。
[0012] 优选的，所述秸秆优选玉米秸秆，玉米秸秆结构组成是以网状高纯度二氧化硅为骨架，再包裹一层致密的
纤维素，因此，玉米秸秆空隙大，便于脲醛树脂填充，且有着非常好的韧性和强度，同时，玉米秸秆湿润后体积不膨胀，容易
压实，这非常有利于复合材料的密实度。
[0013] 优选的，所述矿渣的粒径小于0.1mm，有利于矿渣达到活性细度，就可以把矿渣的活动发挥到最大，又可以优化水泥基材的颗粒级配，降低熟料的消耗。
[0014] 优选的，所述玻璃纤维采用改性玻璃纤维，所述改性玻璃纤维的制作方法如下：S1:将玻璃纤维用丙
酮溶液浸洗，烘干，得到干燥玻璃纤维；
S2:将干燥玻璃纤维置于碱性溶液中预处理，得到预处理玻璃纤维；
S3:将预处理玻璃纤维置于稀土溶液中，加入
偶联剂，反应24-30h，得到改性玻璃纤维。
[0015] 本发明加入少量玻璃纤维，用于提供高弹模的纤维对水泥进行填充，玻璃纤维和植物纤维共同填充在水泥内部，形成紧密的纤维网提升水泥的韧性和强度，但是玻璃纤维为无机材料，和经胶液处理后的植物纤维及界面的结合能
力较弱，本发明对玻璃纤维进行改性处理，提升玻璃纤维的界面粘结能力，使玻璃纤维和植物纤维在水泥内部的联动作用更强，填充纤维形成紧密结合的纤维网，提升水泥的强度。
[0016] 进一步优选的，步骤S2中所述碱性溶液采用质量百分比为3-5%的氢氧化钠溶液，所述预处理的温度为55-65℃。
[0017] 本发明的有益效果在于：（1）本发明得到的水泥复合材料采用了大量的秸秆和矿渣，绿色环保，非常适合建筑行业的发展趋势。
[0018] （2）本发明在用植物纤维对水泥进行填充时，去除了大量不利于水泥凝结的抽取物，然后用脲醛树脂对纤维表面进行填充，大大提高了纤维和水泥的界面结合强度，进而提升水泥的强度和韧性，同时，玻璃纤维可以弥补植物纤维低弹模的缺点，进一步改善复合材料的力学性能。
具体实施方式
[0019] 本具体实施方法仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制。本领域技术人员在阅读了本发明的
说明书之后所作出的任何改变，只要在
权利要求书的范围内，都将受到专利法的保护。
[0020]
实施例1：一种绿色水泥复合材料，包含以下重量份的组分：100份的水泥基材、5份的甲基硅油、5份的三聚磷酸钠、5份的硅藻土、3份的活性二氧化硅、30份的玉米秸秆纤维、10份的矿渣和2份玻璃纤维；秸秆纤维的制备方法为：将玉米秸秆破碎，分离成3cm长的短秸秆，加入到质量百分比为7%的氢氧化钠溶液中进行碱处理，碱处理的温度为50℃，碱处理的时间为10min，然后用醋酸中和水洗，去除水洗液，将秸秆加入到脲醛树脂胶液中，在50℃下持续搅拌
30min，然后在60℃下烘干得到秸秆纤维。
[0021] 脲醛树脂胶液的制备方法如下：将重量份为10份的尿素、5份的甲醛在100℃下恒温反应2h，然后加入重量份为3份的甘油和4份的氯化铵溶液，150rpm的转速下持续搅拌10min，将得到的混合液取出，静置分层，所得胶状液即所述脲醛树脂胶液。
[0022] 实施例2：一种绿色水泥复合材料，包含以下重量份的组分：100份的水泥基材、5份的甲基硅油、8份的二聚磷酸钠、5份的硅藻土、3份的活性二氧化硅、40份的小麦秸秆纤维、10份的矿渣和2份玻璃纤维；秸秆纤维的制备方法为：将小麦秸秆破碎，分离成5cm长的短秸秆，加入到质量百分比为10%的氢氧化钠溶液中进行碱处理，然后用醋酸中和水洗，去除水洗液，将秸秆加入到脲醛树脂胶液中，在60℃下持续搅拌60min，然后在80℃下烘干得到秸秆纤维。
[0023] 玻璃纤维采用改性玻璃纤维，制作方法如下：S1:将玻璃纤维用丙酮溶液浸洗，烘干，得到干燥玻璃纤维；
S2:在60℃下将干燥玻璃纤维置于质量百分比为4%的氢氧化钠溶液预处理，得到预处理玻璃纤维；
S3:将预处理玻璃纤维置于稀土溶液中，加入偶联剂，反应24h，得到改性玻璃纤维。
[0024] 实施例3：一种绿色水泥复合材料，包含以下重量份的组分：100份的水泥基材、8份的甲基硅油、6份的三聚磷酸钠、6份的硅藻土、4份的活性二氧化硅、35份的水稻秸秆纤维、12份的矿渣和2份玻璃纤维，矿渣内包含有质量分数大于80%的氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钙，矿渣粒径为0.08mm；秸秆纤维的制备方法为：将水稻秸秆破碎，分离成4cm长的短秸秆，加入到质量百分比为8%的氢氧化钠溶液中进行碱处理，然后用醋酸中和水洗，去除水洗液，将秸秆加入到脲醛树脂胶液中，在55℃下持续搅拌45min，然后在70℃下烘干得到秸秆纤维。
[0025] 所述脲醛树脂胶液的制备方法如下：将重量份为15份的尿素、8份的甲醛在100℃下恒温反应2.5h，然后加入重量份为4份的甘油和5份的氯化铵溶液，200rpm的转速下持续搅拌12min，将得到的混合液取出，静置分层，所得胶状液即所述脲醛树脂胶液。
[0026] 玻璃纤维采用改性玻璃纤维，制作方法如下：S1:将玻璃纤维用丙酮溶液浸洗，烘干，得到干燥玻璃纤维；
S2:将干燥玻璃纤维置于碱性溶液中预处理，得到预处理玻璃纤维；
S3:将预处理玻璃纤维置于稀土溶液中，加入偶联剂，反应28h，得到改性玻璃纤维。
[0027] 实施例4：一种绿色水泥复合材料，包含以下重量份的组分：100份的水泥基材、8份的甲基硅油、6份的三聚磷酸钠、6份的硅藻土、4份的活性二氧化硅、40份的玉米秸秆纤维、12份的矿渣和
2.5份玻璃纤维；秸秆纤维的制备方法为：将玉米秸秆破碎，分离成3cm长的短秸秆，加入到质量百分比为7%的氢氧化钠溶液中进行碱处理，碱处理的温度为50℃，碱处理的时间为
10min，然后用醋酸中和水洗，去除水洗液，将秸秆加入到脲醛树脂胶液中，在50℃下持续搅拌30min，然后在60℃下烘干得到秸秆纤维。
[0028] 脲醛树脂胶液的制备方法如下：将重量份为10份的尿素、5份的甲醛在100℃下恒温反应2h，然后加入重量份为3份的甘油和4份的氯化铵溶液，150rpm的转速下持续搅拌10min，将得到的混合液取出，静置分层，所得胶状液即所述脲醛树脂胶液。
[0029] 实施例5：一种绿色水泥复合材料，包含以下重量份的组分：100份的水泥基材、5份的甲基硅油、8份的二聚磷酸钠、6份的硅藻土、4份的活性二氧化硅、40份的小麦秸秆纤维、12份的矿渣和
2.5份玻璃纤维；秸秆纤维的制备方法为：将小麦秸秆破碎，分离成4cm长的短秸秆，加入到质量百分比为10%的氢氧化钠溶液中进行碱处理，然后用醋酸中和水洗，去除水洗液，将秸秆加入到脲醛树脂胶液中，在55℃下持续搅拌45min，然后在70℃下烘干得到秸秆纤维。
[0030] 玻璃纤维采用改性玻璃纤维，制作方法如下：S1:将玻璃纤维用丙酮溶液浸洗，烘干，得到干燥玻璃纤维；
S2:在60℃下将干燥玻璃纤维置于质量百分比为4%的氢氧化钠溶液预处理，得到预处理玻璃纤维；
S3:将预处理玻璃纤维置于稀土溶液中，加入偶联剂，反应24h，得到改性玻璃纤维。
[0031] 对比例1：一种绿色水泥复合材料，包含以下重量份的组分：100份的水泥基材、5份的甲基硅油、5份的三聚磷酸钠、5份的硅藻土、3份的活性二氧化硅、30份的玉米秸秆纤维、10份的矿渣和2份玻璃纤维；秸秆纤维的制备方法为：将玉米秸秆破碎，分离成3cm长的短秸秆，然后在60℃下烘干得到秸秆纤维。
[0032] 对比例2：一种绿色水泥复合材料，包含以下重量份的组分：100份的水泥基材、5份的甲基硅油、8份的二聚磷酸钠、5份的硅藻土、3份的活性二氧化硅、40份的小麦秸秆纤维、10份的矿渣和2份玻璃纤维；秸秆纤维的制备方法为：将小麦秸秆破碎，分离成5cm长的短秸秆，加入到质量百分比为10%的氢氧化钠溶液中进行碱处理，然后用醋酸中和水洗，去除水洗液，在80℃下烘干得到秸秆纤维。
[0033] 玻璃纤维采用改性玻璃纤维，制作方法如下：S1:将玻璃纤维用丙酮溶液浸洗，烘干，得到干燥玻璃纤维；
S2:在60℃下将干燥玻璃纤维置于质量百分比为4%的氢氧化钠溶液预处理，得到预处理玻璃纤维；
S3:将预处理玻璃纤维置于稀土溶液中，加入偶联剂，反应24h，得到改性玻璃纤维。
[0034] 对比例3：同实施例3，不同的是不添加玻璃纤维。
[0035] 对比例4：同实施例4，不同的是不添加矿渣。
[0036] 对比物5：同实施例5，不同的是，不添加秸秆纤维。
[0037] 将实施例1-5和对比例1-5得到的复合材料压制成水泥板，进行力学测试得到如下表1和表2所示的数据：以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
