用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法
阅读：878发布：2023-03-06
专利汇可以提供用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法，解决了现有无针对性用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的问题。技术方案为将由高分子 聚合物 改性后的氮化 硼 纳米片制成的A组分与由超细 粉 煤 灰 、偏 高岭土 、电石渣、磷 石膏 、 钢 渣和 水 组成的B组分搅拌均匀制备得到灌浆粘结材料。本发明工艺简单、生产成本低、抗氯离子渗透、耐久性、抗冻融性、粘结性能和延展性能好。，下面是用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法,其特征在于,将由高分子聚合物改性后的氮化硼纳米片制成的A组分与由超细粉煤灰、偏高岭土、电石渣、磷石膏、钢渣和水组成的B组分搅拌均匀制备得到灌浆粘结材料。
2.如权利要求1所述的用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法,其特征在于,所述A组份的改性方法为：将5～10重量份的氮化硼纳米片和0.2～0.5重量份高分子聚合物溶于5～10份的去离子水中，微波处理下60～80℃下搅拌反应4～8h,反应过程中保持氮气氛围,反应束后冷却至室温，再经洗涤、离心过滤、冷冻干燥后得改性后的氮化硼纳米片。
3.如权利要求1所述的用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法,其特征在于,所述B组分的制备方法，将40～60重量份超细粉煤灰，10～15重量份偏高岭土、3～5重量份钢渣、5～10重量份电石渣和2～5重量份磷石膏按水固比0.35加水搅拌均匀即得。
4.如权利要求1或2所述的用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法,其特征在于,所述高分子聚合物为分子量在5000-15000的超支化聚乙烯亚胺、支化聚乙烯亚胺、线性聚乙烯亚胺中的一种。
5.如权利要求1或2所述的用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法,其特征在于,所述氮化硼纳米片为单层和/或多层六方氮化硼，平均粒径为40～80nm，比表面积为350～480m2/g。
6.如权利要求1或2所述的用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法,其特征在于,改性后的氮化硼纳米片表面有聚合物形成，控制改性后的氮化硼纳米片上聚合物含量为1％-5％质量百分比。
7.如权利要求1或3所述的用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法,其特征在于,所述超细粉煤灰先经湿磨后制得粉煤灰浆料，然后再与其它组分加水搅拌均匀即得B组分，所述粉煤灰浆料中的水分含量计入水固比中，湿磨后得到的超细粉煤灰的平均粒径为
2.0～5.0μm，比表面积为1.4～2.5m2/g。
8.如权利要求1或3所述的用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法,其特征在于,所述钢渣平均粒径为50～80μm，比表面积为0.236～0.280m2/g。
用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 装配式建筑通过预制混凝土构件的现场装配完成建筑结构的施工，因此具有施工速度快，劳动效率高，建筑质量好，受气候制约小的特点。作为装配式建筑施工的关键技术环节之一，装配式建筑用灌浆料所构成的是预制构件间的关键节点，是力学强度、尺寸匹配、耐久性等要求最为苛刻的部位，也因此对灌浆料的性能提出了更高要求。
[0003] 随着纳米技术的发展，其表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应在各个领域都展现出良好的应用前景，氮化硼纳米片具有优异的电绝缘性、高的导热系数、宽的直接带隙，以及良好的化学惰性(耐腐蚀、抗高温氧化性能)、良好的生物兼容性、大的比表面积等性能，将氮化硼加入灌浆材料中用于装配式建筑的研究很少。
[0004] 专利CN106634890A公开一种氮化硼纳米片改性的水基钻井液及其制备方法，通过氮化硼纳米片的耐高温、润滑和导热等性能提高水基钻井液的耐高温、润滑性能，并降低钻头的高温损害风险；专利CN106186946A提出了一种节能环保墙体相变保温砂浆及其制备方法，该环保墙体防水性能好，稳定性好，可以有效减少室内温度的波动范围，节能环保，此类专利利用氮化硼纳米片自身耐高温、导热、片层间易剥离等性能改善水基钻井液和保温墙体的环境适用性。
[0005] 另一方面，但对于建筑材料领域中特殊的装配式海工建筑来说，由于其所处的恶劣海洋环境条件，决定了需要对灌浆材料提出更为严格且特殊的要求，即需要更好的抗氯离子渗透、耐久性和抗冻融性、需要更高的粘结性能和延展性能，还需要能够抵御海浪的冲刷。这是普通灌浆材料难以做到，也急待科研人员解决的技术问题。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、生产成本低、抗氯离子渗透、耐久性、抗冻融性、粘结性能和延展性能好的用于装配式海工建筑的灌浆粘结材料的制备方法。
[0008] 所述A组份的改性方法为：将5～10重量份的氮化硼纳米片和0.2～0.5重量份高分子聚合物溶于5～10份的去离子水中，微波处理下60～80℃下搅拌反应4～8h,反应过程中保持氮气氛围,反应束后冷却至室温，再经洗涤、离心过滤、冷冻干燥后得改性后的氮化硼纳米片。
[0009] 所述B组分的制备方法，将40～60重量份超细粉煤灰，10～15重量份偏高岭土、3～5重量份钢渣、5～10重量份电石渣和2～5重量份磷石膏按水固比0.35加水搅拌均匀即得。
[0010] 所述高分子聚合物为分子量在5000-15000的超支化聚乙烯亚胺、支化聚乙烯亚胺、线性聚乙烯亚胺中的一种。
[0011] 所述氮化硼纳米片为单层和/或多层六方氮化硼，平均粒径为40～80nm，比表面积为350～480m2/g。
[0012] 改性后的氮化硼纳米片表面形成有聚合物，控制改性后的氮化硼纳米片上聚合物含量为1％-5％质量百分比。
[0013] 所述超细粉煤灰先经湿磨后制得粉煤灰浆料，然后再与其它组分加水搅拌均匀即得B组分，所述粉煤灰浆料中的水分含量计入水固比中，湿磨后得到的超细粉煤灰的平均粒径为2.0～5.0μm，比表面积为1.4～2.5m2/g。
[0014] 所述钢渣平均粒径为50～80μm，比表面积为0.236～0.280m2/g。
[0015] 针对背景技术中存在的问题，发明人引入氮化硼纳米片，氮化硼纳米片具有优异的电绝缘性、高的导热系数、宽的直接带隙以及良好的化学惰性(耐腐蚀、抗高温氧化性能)、良好的生物兼容性、大的比表面积等性能，但是将氮化硼纳米片直接加入灌浆材料中时，则存在表面惰性，无法和聚合物基体相容和相互作用力低的问题，反而降低材料的性能。为解决该问题，发明人对氮化硼纳米片进行了改性，采用高分子聚合物改性氮化硼纳米片，得到的改性后的氮化硼纳米片为非共价功能化氮化硼纳米片，所述高分子聚合物可以列举出超支化聚乙烯亚胺、支化聚乙烯亚胺、线性聚乙烯亚胺，优选超支化聚乙烯亚胺，基于修饰后氮化硼与无机界面的相互作用考虑，其分子量最好控制在5000-15000，分子量过高会在氮化硼与无机材料界面形成明显的薄弱层，过低会因界面作用不强起不到明显效果，这类高分子聚合物特别是超支化聚乙烯亚胺水溶性好，除杂简单易行，且具有高附着性、高吸附性、高阳离子性和高反应性等性能，能快速与氮化硼纳米片表面发生非共价作用，形成π-π键，并且赋予改性后氮化硼纳米片表面大量的带电基团，促进氮化硼纳米片的单分散。同时，凭借其表面电荷易于与无机材料形成良好的界面作用和受力延展，同时赋予材料良好的粘结性能和延展性能。所述氮化硼纳米片的添加量优选为5～10重量份，过多会局部团聚影响修饰效果，过少会因聚合物过多造成聚合物浪费。
[0016] 进一步的，发明人采用超细粉煤灰、偏高岭土和电石渣作为粉煤灰基地质聚合物，由于地质聚合物特有的低孔隙率、高密闭性和高抗溶蚀性，因此具有良好的防钢筋锈蚀能力，还能进一步提高抗冻融和抗氯离子渗透等性能，利用其制备海工建筑预制构件连接节点的灌浆材料，不仅大大减少了水泥的利用，增加固体废弃物粉煤灰的高效利用，而且也为海工建筑灌浆材料提供了新型、高效、优质的应用材料。
[0017] 将改性后的氮化硼纳米片加入粉煤灰基地质聚合物中制备灌浆材料，由于氮化硼纳米片润滑性好、机械强度高、化学和稳定性好，大大增加了灌浆材料的流动性和抗拉强度，而改性后的氮化硼纳米片具有优良的粘接性能和延性，使灌浆材料用于构件连接节点时保证了更好的粘结性能，同时，在海洋环境中，可以有效减小海浪的冲刷作用。
[0018] 本发明中采用的超细粉煤灰是采用湿磨技术处理后粒径为2.0～5.0μm，比表面积为1.4～1.65m2/g，较于普通粉煤灰体系中，玻璃体含量增多、表面硅、铝和钙相溶出增多、表面结构缺陷增多和破碎面的断键和不饱和建数量增多，因而超细粉煤灰的火山灰活性更高，所制备出的粉煤灰基地质聚合物的早期强度更高，耐酸性和抗冻融循环性能更优越，能广泛适用于海工建筑中；加入磷石膏是考虑其具有微膨胀功能，能调节材料的收缩性，提高复合材料的抗冻性和氯离子渗透性能；采用钢渣平均粒径为50～80μm，比表面积为0.236～0.280m2/g作为骨料加入混合浆体中，可提高复合材料的强度；采用电石渣替代强碱做激发剂，价格便宜且实现固废利用。
[0019] 有益效果：
[0020] 1.本发明解决了氮化硼纳米片表面惰性、无法和聚合物基体相容和相互作用力低等问题，制备出的改性氮化硼纳米片能均匀分散于水中，且与无机基体具有更好的界面结合和延展，增强了灌浆材料的粘结性能和延展性能。
[0021] 2.本发明工艺简单、生产成本低，制备出的灌浆粘结材料初始流动度≥300mm，28d抗压强度≥65MPa，3d抗拉强度1.5～2.0MPa，28d粘结强度7.2～10.3MPa，抗渗性能好，28d氯离子扩散系数0.8～1.3×10-12m2/s，28d抗冻等级达到F250、F300、F400，膨胀率0.1％～0.3％，28d质量损失率≤3％，性能均优于普通水泥类灌浆材料，满足海洋环境下对灌浆料
30年内抗氯离子渗透、耐久性和抗冻融性等性能的要求，还可以有效减小海浪的冲刷作用。
30年内抗氯离子渗透、耐久性和抗冻融性等性能的要求，还可以有效减小海浪的冲刷作用。
[0022] 3.本发明利用超细粉煤灰制备地质聚合物，不仅减少了水泥的用量，固废利用率高，而且经济环保，为海工建筑预制构件连接节点处的粘结提供了新型、高效、优质的应用材料。
具体实施方式
[0023] 下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但发明保护内容不局限于所述实施列。
[0024] 下述实施例中：所述份数均为重量份数，所述氮化硼纳米片为单层和/或多层六方氮化硼，平均粒径为40～80nm，比表面积为350～480m2/g；所述超细粉煤灰先经湿磨后制得粉煤灰浆料，然后再与其它组分加水搅拌均匀即得B组分，所述粉煤灰浆料中的水分含量计入水固比中，湿磨后得到的超细粉煤灰的平均粒径为2.0～5.0μm，比表面积为1.4～2.5m2/g
[0025] 实施例1：
[0026] (1)将5份的氮化硼纳米片和0.2份超支化聚乙烯亚胺溶于5份的去离子水中，60℃下微波处理并搅拌，氮气氛围中4h后冷却至室温，再用乙醇洗涤，离心过滤，冷冻干燥后得改性后的氮化硼纳米片，视为组分A；
[0027] (2)将40份超细粉煤灰，10份偏高岭土，3份钢渣，5份电石渣，2份磷石膏按水固比0.35加水搅拌均匀，视为组分B；
[0028] (3)将组分A与组分B置于均料机中混合搅拌制浆，制得氮化硼纳米片改性处理粉煤灰地聚合物复合粘结材料。
[0030]
[0031]
[0032] 实施例2：
[0033] (1)将5.5份的氮化硼纳米片和0.25份支化聚乙烯亚胺溶于5份的去离子水中，65℃下微波处理并搅拌，氮气氛围中4.5h后冷却至室温，再用乙醇洗涤，离心过滤，冷冻干燥后得改性后的氮化硼纳米片，视为组分A；
[0034] (2)将45份超细粉煤灰，12份偏高岭土，3份钢渣，6份电石渣，3份磷石膏按水固比0.35加水搅拌均匀，视为组分B；
[0035] (3)将组分A与组分B置于均料机中混合搅拌制浆，制得氮化硼纳米片改性处理粉煤灰地聚合物复合粘结材料。
[0036] 各参数性能指标如下表，均满足《GB-T31289-2014海工硅酸盐水泥》标准要求：
[0037]
[0038]
[0039] 实施例3：
[0040] (1)将6份的氮化硼纳米片和0.3份线性聚乙烯亚胺溶于6份的去离子水中，70℃下微波处理并搅拌，氮气氛围中5h后冷却至室温，再用乙醇洗涤，离心过滤，冷冻干燥后得改性后的氮化硼纳米片，视为组分A；
[0041] (2)将50份超细粉煤灰，12份偏高岭土，3.5份钢渣，5份电石渣，3份磷石膏按水固比0.35加水搅拌均匀，视为组分B；
[0042] (3)将组分A与组分B置于均料机中混合搅拌制浆，制得氮化硼纳米片改性处理粉煤灰地聚合物复合粘结材料。
[0043] 各参数性能指标如下表，均满足《GB-T31289-2014海工硅酸盐水泥》标准要求：
[0044]
[0045]
[0046] 实施例4：
[0047] (1)将6.5份的氮化硼纳米片和0.3份超支化聚乙烯亚胺溶于6.5份的去离子水中，70℃下微波处理并搅拌，氮气氛围中5h后冷却至室温，再用乙醇洗涤，离心过滤，冷冻干燥后得改性后的氮化硼纳米片，视为组分A；
[0048] (2)将50份超细粉煤灰，13份偏高岭土，4份钢渣，6.5份电石渣，3份磷石膏按水固比0.35加水搅拌均匀，视为组分B；
[0049] (3)将组分A与组分B置于均料机中混合搅拌制浆，制得氮化硼纳米片改性处理粉煤灰地聚合物复合粘结材料。
[0050] 各参数性能指标如下表：
[0051]
[0052]
[0053] 实施例5：
[0054] (1)将10份的氮化硼纳米片和0.5份超支化聚乙烯亚胺溶于10份的去离子水中，80℃下微波处理并搅拌，氮气氛围中8h后冷却至室温，再用乙醇洗涤，离心过滤，冷冻干燥后得改性后的氮化硼纳米片，视为组分A；
[0055] (2)将60份超细粉煤灰，15份偏高岭土，5份钢渣，10份电石渣，5份磷石膏按水固比0.35加水搅拌均匀，视为组分B；
[0056] (3)将组分A与组分B置于均料机中混合搅拌制浆，制得氮化硼纳米片改性处理粉煤灰地聚合物复合粘结材料。
[0057] 各参数性能指标如下表，均满足《GB-T31289-2014海工硅酸盐水泥》标准要求：
[0058]
[0059]
[0060] 实施例6：
[0061] (1)将8份的氮化硼纳米片和0.4份线性聚乙烯亚胺溶于10份的去离子水中，70℃下微波处理并搅拌，氮气氛围中5h后冷却至室温，再用乙醇洗涤，离心过滤，冷冻干燥后得改性后的氮化硼纳米片，视为组分A；
[0062] (2)将55份超细粉煤灰，15份偏高岭土，4份钢渣，10份电石渣，4份磷石膏按水固比0.35加水搅拌均匀，视为组分B；
[0063] (3)将组分A与组分B置于均料机中混合搅拌制浆，制得氮化硼纳米片改性处理粉煤灰地聚合物复合粘结材料。
[0064] 各参数性能指标如下表，均满足《GB-T31289-2014海工硅酸盐水泥》标准要求：
[0065]
[0066]
[0067] 实施例7：
[0068] (1)将7.5份的氮化硼纳米片和0.35份超支化聚乙烯亚胺溶于8.5份的去离子水中，75℃下微波处理并搅拌，氮气氛围中5h后冷却至室温，再用乙醇洗涤，离心过滤，冷冻干燥后得非共价功能化氮化硼纳米片，视为组分A；
[0069] (2)将50份超细粉煤灰，14份偏高岭土，5份钢渣，8.5份电石渣，5份磷石膏按水固比0.35加水搅拌均匀，视为组分B；
[0070] (3)将组分A与组分B置于均料机中混合搅拌制浆，制得氮化硼纳米片改性处理粉煤灰地聚合物复合粘结材料。
[0071] 各参数性能指标如下表，均满足《GB-T31289-2014海工硅酸盐水泥》标准要求：
[0072]
[0073]
[0074] 实施例8：
[0075] (1)将7.0份的氮化硼纳米片和0.45份超支化聚乙烯亚胺溶于8.5份的去离子水中，70℃下微波处理并搅拌，氮气氛围中5h后冷却至室温，再用乙醇洗涤，离心过滤，冷冻干燥后得改性后的氮化硼纳米，视为组分A；
[0076] (2)将50份超细粉煤灰，13份偏高岭土，4份钢渣，7.5份电石渣，3.5份磷石膏按水固比0.35加水搅拌均匀，视为组分B；
[0077] (3)将组分A与组分B置于均料机中混合搅拌制浆，制得氮化硼纳米片改性处理粉煤灰地聚合物复合粘结材料。
[0078] 各参数性能指标如下表，均满足《GB-T31289-2014海工硅酸盐水泥》标准要求：
[0079]
[0080]
[0081] 比较例1：
[0082] 不添加A组份，其余同实施例1。
[0083] 各参数性能指标如下表，不满足《GB-T31289-2014海工硅酸盐水泥》标准要求：
[0084]
[0085] 比较例2：
[0086] 将A组份中的高分子聚合物改为聚乙二醇，其余同实施例1。
[0087] 各参数性能指标如下表，不满足《GB-T31289-2014海工硅酸盐水泥》标准要求：
[0088]
[0089] 比较例3：
[0090] A组份中不加高分子聚合物，其余同实施例1。
[0091] 各参数性能指标如下表，不满足《GB-T31289-2014海工硅酸盐水泥》标准要求：
[0092]
[0093]
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