[发明专利]一种多尺度纤维增强碱激发胶凝材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种多尺度纤维增强碱激发胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：首先、将滤纸纤维溶解，获得纳米纤维溶液；其次、加入氢氧化钠，获得纳米纤维碱激发溶液；再次、将胶凝材料前体粉末与细砂的混合物加入纳米纤维碱激发溶液中；最后、加入微米纤维，并混匀，装模振捣，经养护获得多尺度纤维增强碱激发胶凝材料。该胶凝材料内部含有自组装性能的纳米纤维编织网络，并与微米纤维形成独特的“狼牙棒”多尺度结构。两种不同尺度纤维相互作用，提高微观结构致密性，增强基体抗裂能力。纳米纤维表面的亲水基团改善微米纤维与碱激发胶凝材料基体间的界面结合，提高碱激发胶凝材料的力学性能，制得的胶凝材料具有高抗折、高抗收缩等优势。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种多尺度纤维增强碱激发胶凝材料及其制备方法。

背景技术

碱激发胶凝材料是硅铝酸盐构成的无机非金属胶凝材料，它们是通过将废物或天然铝硅酸盐来源与高浓度的碱金属氢氧化物混合而生产的。混合后，碱激发剂溶解铝硅酸盐前驱体，释放出铝酸盐和硅酸盐单体，随后发生缩聚反应，形成独特的硅铝三维网状结构。因此，生产过程具有潜在的低CO₂足迹。根据混合设计和加工条件，激发胶凝材料可以表现出不同的特性，例如高早期抗压强度、耐酸性和耐火性。此外，碱激发胶凝材料还具有固结重金属、稳定有害化学物质和净化水质等特性。

但碱激发胶凝材料存在较明显的脆性缺陷，在不利机械载荷下会出现较低的拉伸强度和裂纹。目前通常使用纤维对碱激发胶凝材料进行增韧，但在掺杂过程中纤维存在分布不均和团聚的现象；同时其他专利中涉及的多尺度纤维增韧碱激发胶凝材料，纳米纤维和微米纤维之间不能相互作用，不能最大程度发挥多尺度增韧效果，影响了纤维与基体的界面结合，影响碱激发胶凝材料的力学性能。

此外，碱激发胶凝材料的干燥收缩问题严重，在收缩力下会出现表面开裂甚至贯穿裂缝。目前普遍使用吸水树脂等内养护剂，通过在拌合前提前吸水以减缓干燥收缩开裂，但尚未有纤维可以兼顾内养护作用和桥接裂缝，并且现有内养护剂对微米纤维与基体的界面结合提升作用不大。

基于此，在碱激发胶凝材料高耐久性、高抗压强度的基础上，解决其干燥收缩率高、韧性低等问题，提供一种纤维均匀分布的高抗收缩、高抗折性能的无机材料，使其能够更好的满足水工建筑结构的修复工作中的应用需求，是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够提高产物抗收缩性能、高抗折性能的多尺度纤维增强碱激发胶凝材料的制备方法。

本发明的目的之二在于提供一种纤维均匀分布的、具有高抗收缩、高抗折性能的多尺度纤维增强碱激发胶凝材料。

本发明实现目的之一采用的技术方案是：提供一种多尺度纤维增强碱激发胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将滤纸纤维置于氢氧化钠、尿素、去离子水的混合溶剂中，于-45～-35℃下冷冻6～12h再解冻，获得纳米纤维溶液；

S2、向纳米纤维溶液中加入氢氧化钠调节浓度，获得纳米纤维碱激发溶液；

S3、将地聚物前体粉末和细砂干混得到混合物，向所述混合物中加入所述纳米纤维碱激发溶液，混匀得到第一产物；

S4、向所述第一产物中加入微米纤维，混匀得到第二产物，将所述第二产物装模振捣后，于55～65℃条件下养护6～8d，获得多尺度纤维增强碱激发胶凝材料。

本发明采取上述制备方法进行多尺度纤维增强碱激发胶凝材料的制备的总体思路如下：