本發(fā)明申請(qǐng)涉及道路工程材料，具體涉及一種由納米氯化硼-聚酰亞胺纖維-間位芳綸纖維復(fù)合改性的地聚物材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、地聚物材料是由硅鋁質(zhì)的天然礦物或工業(yè)固體廢棄物作為前驅(qū)物，以堿性物質(zhì)作為激發(fā)劑制成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)聚合物地聚物材料，是一種對(duì)環(huán)境友好的建筑材料，其主要特點(diǎn)是原材料來(lái)源廣泛，可以從工業(yè)固體廢棄物中提取硅鋁質(zhì)原料。然而由于此類(lèi)材料本身還有一些不可避免的缺點(diǎn)，譬如抗拉性能差、抗變形能力差、脆性大、韌性低、開(kāi)裂后裂縫寬度較大等，在外界環(huán)境因素的作用下，裂縫會(huì)不斷出現(xiàn)，最終導(dǎo)致地聚物體的承載能力不足，進(jìn)而影響建筑結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。因此，開(kāi)發(fā)一種新型改性地聚物材料來(lái)解決強(qiáng)度、韌性等問(wèn)題顯得尤為關(guān)鍵。

2、公開(kāi)于該背景技術(shù)部分的信息僅用于加深對(duì)本公開(kāi)的背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N由納米氯化硼-聚酰亞胺纖維-間位芳綸纖維復(fù)合改性的地聚物材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有地聚物材料的強(qiáng)度、韌性、耐久性等建筑性能不足的技術(shù)問(wèn)題。

2、根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供一種復(fù)合改性地聚物材料，由以下重量份的原料制成：砂280～320份、礦粉70～90份、粉煤灰15～25份、納米氯化硼0.13～0.17份、聚酰亞胺纖維0.7～0.9份、間位芳綸纖維0.3～0.5份、偶聯(lián)劑0.05～0.11份、堿激發(fā)劑20份。

3、在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，所述復(fù)合改性地聚物材料，由以下重量份的原料制成：標(biāo)準(zhǔn)砂300份、礦粉80份、粉煤灰20份、納米氯化硼0.15份、聚酰亞胺纖維0.76份、間位芳綸纖維0.43份、偶聯(lián)劑0.08份、堿激發(fā)劑20份。

4、在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，所述礦粉為s95級(jí)礦渣粉。

5、在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，所述粉煤灰為ⅰ級(jí)粉煤灰。

6、在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑（如kh550等）。

7、在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，所述砂為河沙、標(biāo)準(zhǔn)砂、石英砂、海砂、混合砂中的至少一種。

8、在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，所述堿激發(fā)劑為模數(shù)1.2～1.5的水玻璃溶液。

9、根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)方面，提供一種上述地聚物材料的制備方法，包括如下步驟：

10、（1）按照上述重量份數(shù)配置各原料；

11、將納米氯化硼、偶聯(lián)劑和水以0.8～1.2:0.12～0.16:0.49～0.53的質(zhì)量比混合均勻浸泡1.5～2.5?h，過(guò)濾后在50～70℃下烘干，得到納米氯化硼改性劑；

12、將聚酰亞胺纖維、偶聯(lián)劑和水以0.8～1.2:0.09～0.13:0.32～0.36的質(zhì)量比混合均勻浸泡3.5～4.5?h后在50～70℃下烘干，得到改性聚酰亞胺纖維；

13、將間位芳綸纖維、偶聯(lián)劑和水以0.8～1.20:0.13～0.17:0.39～0.43的質(zhì)量比混合均勻浸泡5.5～6.5?h后在50～70℃下烘干，得到改性間位芳綸纖維；

14、（2）將納米氯化硼改性劑、改性聚酰亞胺纖維、改性間位芳綸纖維和砂干混1～5min，再加入礦粉、粉煤灰干混1～5min，最后加入水和堿激發(fā)劑攪拌1～5min成均勻漿體；

15、（3）將漿體注入涂好油的模具中，帶模在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)；

16、（4）20～30?h后脫模繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。

17、在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，在所述步驟（4）中，脫模后將其放到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

18、本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下任一技術(shù)效果：

19、1.?本申請(qǐng)?zhí)峁┑膹?fù)合改性地聚物材料屬于環(huán)保無(wú)毒無(wú)腐蝕類(lèi)復(fù)合地聚物材料，其力學(xué)性能和耐久性能優(yōu)良，其抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗干燥收縮性能和抗凍性能得到增強(qiáng)，進(jìn)而增加了建筑材料使用壽命；其原料無(wú)毒無(wú)害，且來(lái)源廣泛，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染且價(jià)格低廉，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

20、2.?本申請(qǐng)中復(fù)合改性地聚物材料，以硅烷偶聯(lián)劑（如kh550等）對(duì)納米氯化硼、聚酰亞胺纖維和間位芳綸纖維進(jìn)行表面預(yù)處理，增強(qiáng)其在基體中的分散性，提高它們與基體之間的界面結(jié)合力，進(jìn)而提升復(fù)合材料性能（增加力學(xué)性能，如強(qiáng)度、韌性、硬度等可以得到顯著提升；提升熱穩(wěn)定性和耐候性，硅烷偶聯(lián)劑可以在納米氯化硼、聚酰亞胺纖維和間位芳綸纖維與基體之間形成穩(wěn)定的界面層，阻止水分、氧氣等有害物質(zhì)的侵入，從而提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和耐候性）；經(jīng)表面改性處理后的納米氯化硼、聚酰亞胺纖維和間位芳綸纖維能與礦粉、粉煤灰等原料在地聚物材料內(nèi)部形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀聯(lián)接結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)了地聚物材料的力學(xué)強(qiáng)度和耐久性，同時(shí)提高了集料之間的嵌鎖力，從而大幅提升了地聚物材料的韌性。

21、3.?基于納米氯化硼良好的高溫化學(xué)惰性、高導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度和彈性等，其與砂、粉煤灰、水玻璃或其他基體材料復(fù)合，能夠改善地聚物材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和抗裂性；納米氯化硼作為增強(qiáng)劑能顯著提高地聚物材料的強(qiáng)度、硬度和韌性，從而增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和耐久性；納米氯化硼的化學(xué)惰性和抗腐蝕性可能有助于延長(zhǎng)地聚物材料的使用壽命，減少因環(huán)境因素（如濕度、酸堿度）引起的材料老化和損壞；在高溫環(huán)境下，納米氯化硼可能有助于保持地聚物材料的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)完整性，從而適用于需要耐高溫性能的特殊建筑場(chǎng)景（如高溫工業(yè)廠房、核電站等）；聚酰亞胺纖維和間位芳綸纖維在性能上各有優(yōu)勢(shì)，二者配合使用可以綜合提升地聚物材料的力學(xué)性能、耐熱性、阻燃性等綜合性能，聚酰亞胺纖維的高強(qiáng)度和耐高溫性可以與間位芳綸纖維的阻燃性和耐化學(xué)性形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而滿足更多復(fù)雜和苛刻的應(yīng)用需求。

22、4.?本申請(qǐng)?zhí)峁┑膹?fù)合改性地聚物材料的制備工藝為先將納米氯化硼改性劑、改性聚酰亞胺纖維、改性間位芳綸纖維和砂干混均勻，再加入礦粉、粉煤灰干混均勻，最后加入水?dāng)嚢璩删鶆驖{體，如此可以保證納米氯化硼改性劑和纖維分散均勻，地聚物材料具有更好地力學(xué)性能和耐久性能，且制備工藝簡(jiǎn)單。

技術(shù)特征：

1.一種由納米氯化硼-聚酰亞胺纖維-間位芳綸纖維復(fù)合改性的地聚物材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地聚物材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地聚物材料，其特征在于，所述砂為河沙、標(biāo)準(zhǔn)砂、石英砂、海砂、混合砂中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地聚物材料，其特征在于，所述礦粉為s95級(jí)礦渣粉。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地聚物材料，其特征在于，所述粉煤灰為ⅰ級(jí)粉煤灰。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地聚物材料，其特征在于，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地聚物材料，其特征在于，所述堿激發(fā)劑為模數(shù)1.2～1.5的水玻璃溶液。

8.一種權(quán)利要求1所述地聚物材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟（4）中，脫模后將其放到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N由納米氯化硼?聚酰亞胺纖維?間位芳綸纖維復(fù)合改性的地聚物材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有地聚物材料的強(qiáng)度、韌性、耐久性等難以滿足需要的技術(shù)問(wèn)題。該復(fù)合改性地聚物材料由以下重量份的原料制成：砂300份，礦粉70～90份，粉煤灰15～25份，納米氯化硼0.13～0.17份，聚酰亞胺纖維0.7～0.9份，間位芳綸纖維0.3～0.5份，偶聯(lián)劑0.05～0.11份，堿激發(fā)劑為20份。本申請(qǐng)?zhí)峁┑膹?fù)合改性地聚物材料性能優(yōu)良，可以提高地聚物材料的韌性、耐久性，對(duì)延長(zhǎng)建筑材料使用壽命具有重大意義，其制備工藝簡(jiǎn)單、原料無(wú)毒無(wú)害且來(lái)源廣泛，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染且價(jià)格低廉，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

技術(shù)研發(fā)人員：郭滕滕,陳淵召,李振霞,房辰澤,陳海軍,趙翀,孫保軍,吳方旭,李高鵬,郭淑君,楊新勝,郭玉潔,尚巖,白冰,張博文,郝孟輝,劉津源,宋競(jìng)豪,趙旭,閆浩博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北水利水電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2