一种高抗渗地聚合物及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种高抗渗地聚合物及其制备方法。


背景技术：

[0002]
地聚合物是一种通过硅铝酸盐材料和碱性激发剂反应生成的一种由硅氧四面体和铝氧四面体合成的无定型三维网状结构的铝硅酸盐胶凝材料，属于无机聚合物。目前，针对如何提高地聚合物的抗渗性能，国内外展开了大量的研究，其中主要是采用玻璃微珠，漂珠，胶粉等无机物的填充效应来改善和优化基体的孔隙结构。然而采用添加此类无机物的方式，地聚合物的，强度，耐久性和防水性能远远不能满足社会发展的需求，需要进一步研究和改进。


技术实现要素：

[0003]
本发明目的在于提供一种高抗渗地聚合物及其制备方法，该地聚合物材料具有突出的高抗渗性，同时抗压强度高，凝结时间短，抗裂性能好，耐久性能好。
[0004]
一种高抗渗地聚合物，其组成按照重量份数计如下：
[0005]
粒化高炉矿渣37-44份，煅烧的高岭土10-20份，石英砂33-40份，复合碱激发剂10-12份，水9-12份，分散剂0.05-0.06份，消泡剂0.06-0.08份，硅烷偶联剂1-3份，改性多壁碳纳米管0.06-0.08份。
[0006]
按上述方案，所述粒化高炉矿渣中cao含量30-50wt％,sio
2
含量30-40wt％,粒径为2000-3000目。
[0007]
按上述方案，所述煅烧的高岭土按以下方式制备而来：
[0008]
将高岭石在800-900℃的温度下煅烧5-6小时，然后研磨，筛分，使其粒径小于200nm，且al
2
o
3
为30-45wt％，sio
2
为30-35wt％。
[0009]
按上述方案，所述石英砂的粒径为40-80目。
[0010]
按上述方案，所述复合碱激发剂按以下方式制备而来：
[0011]
准备初始模数为3.2-3.4，固体含量为26-32％的水玻璃溶液,向其中添加不同质量的固体氢氧化钠配置成模数为1.6-1.8的钠水玻璃，然后陈化6-11h。
[0012]
按上述方案，所述硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh570的任意一种或混合。
[0013]
按上述方案，所述改性多壁碳纳米管按以下方式制备而来：
[0014]
将多壁碳纳米管置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，充分搅拌；其中多壁碳纳米管与混合溶液的质量比为1/100-1/200,浓硝酸和浓硫酸的体积比为1/2-1/4；
[0015]
在40-60℃下超声震荡3-6小时后静置，接着用去离子水稀释，离心分离，得到沉淀；重复稀释、分离和沉淀直至所得溶液的ph值大于7；
[0016]
将所得的溶液在60-70℃，20-30pa的真空环境中进行干燥，得到初步改性的多壁碳纳米管；
[0017]
将初步改性的多壁碳纳米管按质量比为1:200加入到氯化亚砜溶剂中，滴加5滴n,
n-二甲基甲酰胺作为催化剂，在300-500w的功率下超声0.5-0.7小时，然后在60-75℃的条件下回流12-20小时，得到改性的多壁碳纳米管。
[0018]
上述高抗渗性地聚合物的制备方法，包括以下步骤：
[0019]
将消泡剂，分散剂，多壁碳纳米管和水置于复合碱激发溶液中，搅拌120-180s，然后置于600-800w的功率下超声0.8-0.9h，即得均匀的混合溶液；
[0020]
将粒化高炉矿渣，煅烧的高岭土，石英砂放入搅拌锅内干搅60-100s得到混合料；
[0021]
将所得混合溶液加入到所得混合料中搅拌90-120s得到地聚合物浆体，加入硅烷偶联剂搅拌90-120s，接着浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天，得到高抗渗性地聚合物。
[0022]
本发明与传统的地聚合物材料相比，高抗渗地聚合物具有以下主要优点：
[0023]
1、本发明的高抗渗地聚合物材料采用的是粒化高炉矿渣，煅烧的高岭土等工业废弃物，可以有效解决工业废弃物堆放的问题，变废弃为宝，同时节约环境，保护环境；
[0024]
2、本发明提供的高抗渗性地聚合物具有良好的抗裂性能，即使不可避免地因为地聚合物收缩产生微裂缝，硅烷偶联剂也会因为其优异的憎水性在毛细孔隙和微裂缝形成憎水层，防止水分的进入，形成外防护，且本发明中的适量的水分和硅烷偶联剂通过水解和缩聚反应，可以形成三维网状结构，起到增强改性地聚合物基体的作用；
[0025]
3、普通的地聚合物的抗渗压力小于1mp,而改性地聚合物充分利用改性多壁碳纳米管的填充效应，火山灰效应和纳米成核效应从地聚合物内部来改善其结构，大量减小连通孔，优化孔结构，减小孔隙率，从根本上解决渗水问题。制备得到的高抗渗地聚合物最大抗渗压力达到5.4mpa以上，而我国国标-jc/t984-2011标准为28d抗渗压力≥1.5mpa,即为合格，其抗渗压力远远超过行业标准。
[0026]
4、本发明的高抗渗地聚合物制备方法简单，采用常温养护，易于推广。
具体实施方式
[0027]
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0028]
以下实施例中所用原料：
[0029]
粒化高炉矿渣中cao含量30-50wt％,sio
2
含量30-40wt％,粒径为2000-3000目。石英砂的粒径为40-80目。所述硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh570的任意一种或混合。
[0030]
复合碱激发剂按以下方式制备而来：
[0031]
准备初始模数为3.2-3.4，固体含量为26-32％的水玻璃溶液,向其中添加不同质量的固体氢氧化钠配置成模数为1.6-1.8的钠水玻璃，然后陈化6-11h。
[0032]
煅烧的高岭土按以下方式制备而来：
[0033]
将高岭石在800-900℃的温度下煅烧5-6小时，然后研磨，筛分，使其粒径小于200nm，且al
2
o
3
为30-45wt％，sio
2
为30-35wt％。
[0034]
改性多壁碳纳米管按以下方式制备而来：
[0035]
将多壁碳纳米管置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，充分搅拌；其中多壁碳纳米
管与混合溶液的质量比为1/100-1/200,浓硝酸和浓硫酸的体积比为1/2-1/4；
[0036]
在40-60℃下超声震荡3-6小时后静置，接着用去离子水稀释，离心分离，得到沉淀；重复稀释、分离和沉淀直至所得溶液的ph值大于7；
[0037]
将所得的溶液在60-70℃，20-30pa的真空环境中进行干燥，得到初步改性的多壁碳纳米管；
[0038]
将初步改性的多壁碳纳米管按质量比为1:200加入到氯化亚砜溶剂中，滴加5滴n,n-二甲基甲酰胺作为催化剂，在300-500w的功率下超声0.5-0.7小时，然后在60-75℃的条件下回流12-20小时，得到改性的多壁碳纳米管。
[0039]
实施例1
[0040]
复合碱激发剂：准备初始模数为3.2，固体含量为32％的水玻璃溶液,向其中添加固体氢氧化钠配置成模数为1.8的钠水玻璃，然后陈化11h。
[0041]
煅烧的高岭土：将高岭石在900℃的温度下煅烧5小时，然后研磨，筛分，使其粒径小于200nm，且al2o3为45wt％，sio2为30wt％。
[0042]
改性多壁碳纳米管：将多壁碳纳米管置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，充分搅拌；其中多壁碳纳米管与混合溶液的质量比为1/100,浓硝酸和浓硫酸的体积比为1/2；在40℃下超声震荡3小时后静置，接着用去离子水稀释，离心分离，得到沉淀；重复稀释、分离和沉淀直至所得溶液的ph值大于7；将所得的溶液在70℃，20的真空环境中进行干燥，得到初步改性的多壁碳纳米管；将初步改性的多壁碳纳米管按质量比为1:200加入到氯化亚砜溶剂中，滴加5滴n,n-二甲基甲酰胺作为催化剂，在500w的功率下超声0.5小时，然后在75℃的条件下回流12小时，得到改性的多壁碳纳米管。
[0043]
将称量的40份粒化高炉矿渣，15份煅烧的高岭土，35份石英砂倒入搅拌机内，搅拌120s得到混合料，然后将0.05份分散剂，0.06份消泡剂，0.07份改性多壁碳纳米管和9份水置于12份复合碱激发溶液中，搅拌120s，然后置于800w的功率下超声0.5小时得到均匀的混合溶液，接着将此均匀的混合溶液加入到上述混合料中搅拌100s，最后加入硅烷偶联剂1份搅拌100s，接着浇筑，振捣，在常温养护条件下养护28d即得到所述的高抗渗性地聚合物。
[0044]
对比例1
[0045]
对比例的实施按照实施例1进行，但地聚合物的制备过程中采用未经改性的多壁碳纳米管替换改性多壁碳纳米管。
[0046]
实施例2
[0047]
复合碱激发剂：准备初始模数为3.3，固体含量为28％的水玻璃溶液,向其中添加固体氢氧化钠配置成模数为1.8的钠水玻璃，然后陈化11h。
[0048]
煅烧的高岭土：将高岭石在900℃的温度下煅烧6小时，然后研磨，筛分，使其粒径小于200nm，且al2o3为45wt％，sio2为30wt％。
[0049]
改性多壁碳纳米管：将多壁碳纳米管置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，充分搅拌；其中多壁碳纳米管与混合溶液的质量比为1/200,浓硝酸和浓硫酸的体积比为1/2；在60℃下超声震荡5小时后静置，接着用去离子水稀释，离心分离，得到沉淀；重复稀释、分离和沉淀直至所得溶液的ph值大于7；将所得的溶液在70℃，20的真空环境中进行干燥，得到初步改性的多壁碳纳米管；将初步改性的多壁碳纳米管按质量比为1:200加入到氯化亚砜溶剂中，滴加5滴n,n-二甲基甲酰胺作为催化剂，在500w的功率下超声0.5小时，然后在75℃的
条件下回流12小时，得到改性的多壁碳纳米管。
[0050]
将称量的42份粒化高炉矿渣，20份煅烧的高岭土，38份石英砂倒入搅拌机内，搅拌120s得到混合料，然后将0.05份分散剂，0.06份消泡剂，0.07份改性多壁碳纳米管和9份水置于10份复合碱激发溶液中，搅拌120s，然后置于800w的功率下超声0.5小时得到均匀的混合溶液，接着将此均匀的混合溶液加入到上述混合料中搅拌100s，最后加入硅烷偶联剂3份搅拌100s，接着浇筑，振捣，在常温养护条件下养护28d即得到所述的高抗渗性地聚合物。
[0051]
实施例3
[0052]
复合碱激发剂采用实施例2中的复合碱激发剂，煅烧高岭土采用实施例2中的煅烧的高岭土，改性多壁碳纳米管采用实施例2中的改性多壁碳纳米管。
[0053]
将称量的39份粒化高炉矿渣，20份煅烧的高岭土，35份石英砂倒入搅拌机内，搅拌120s得到混合料，然后将0.05份分散剂，0.08份消泡剂，0.07份改性多壁碳纳米管和9份水置于12份复合碱激发溶液中，搅拌120s，然后置于700w的功率下超声0.5小时得到均匀的混合溶液，接着将此均匀的混合溶液加入到上述混合料中搅拌120s，最后加入硅烷偶联剂2份搅拌120s，接着浇筑，振捣，在常温养护条件下养护28d即得到所述的高抗渗性地聚合物。
[0054]
实施例4
[0055]
复合碱激发剂采用实施例1中的复合碱激发剂，煅烧高岭土采用实施例1中的煅烧的高岭土，改性多壁碳纳米管采用实施例1中的改性多壁碳纳米管。
[0056]
将称量的44份粒化高炉矿渣，15份煅烧的高岭土，35份石英砂倒入搅拌机内，搅拌120s得到混合料，然后将0.05份分散剂，0.07份消泡剂，0.08份改性多壁碳纳米管和9份水置于10份复合碱激发溶液中，搅拌120s，然后置于800w的功率下超声0.5小时得到均匀的混合溶液，接着将此均匀的混合溶液加入到上述混合料中搅拌100s，最后加入硅烷偶联剂3份搅拌120s，接着浇筑，振捣，在常温养护条件下养护28d即得到所述的高抗渗性地聚合物。
[0057]
实施例5
[0058]
复合碱激发剂采用实施例2中的复合碱激发剂，煅烧高岭土采用实施例2中的煅烧的高岭土，改性多壁碳纳米管采用实施例2中的改性多壁碳纳米管。
[0059]
将称量的40份粒化高炉矿渣，15份煅烧的高岭土，35份石英砂倒入搅拌机内，搅拌120s得到混合料，然后将0.06份分散剂，0.06份消泡剂，0.05份改性多壁碳纳米管和9份水置于10份复合碱激发溶液中，搅拌120s，然后置于600w的功率下超声0.5小时得到均匀的混合溶液，接着将此均匀的混合溶液加入到上述混合料中搅拌100s，最后加入硅烷偶联剂12份搅拌100s，接着浇筑，振捣，在常温养护条件下养护28d即得到所述的高抗渗性地聚合物。
[0060]
本发明采用国家“jc/t 984-2001”，“jc/t 951-2005”和“gb50728-2011”标准，来对上述实施例所述材料进行了测试，其测试结果请见表1。
[0061]
表1高抗渗地聚合物的测试结果
[0062][0063]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽些的，并且也不局限于所纰漏的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更是显而易见的。

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