[發明專利]一種納米氧化鋁改性超輕質水泥基復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202111001419.5
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113582627A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 謝建和;蔡超俊;何建華;馮源;麥子樺;李江林;袁兵
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B20/00;C04B14/30;C04B14/02;E04C2/06;E04C5/07
• 代理公司: 廣州文智專利代理事務所(特殊普通合伙) 44469
• 代理人: 劉敏

本發明涉及建筑材料技術領域，公開了一種納米氧化鋁改性超輕質水泥基復合材料及其制備方法和應用，所述納米氧化鋁改性超輕質水泥基復合材料按重量份計，包括水泥836份、微硅粉73份；空心微珠348份；納米氧化鋁8.36～25.08份；鋼纖維35～39份；減水劑13～15份；減縮劑12～14份；水245～273份。所述納米氧化鋁改性超輕質水泥基復合材料的原材料來源廣、用量配比合理，制備方法可行性好，通過添加納米氧化鋁改性，所制得的納米氧化鋁改性超輕質水泥基復合材料產品質輕、強度高，力學性能好，耐久性優良。所述納米氧化鋁改性超輕質水泥基復合材料可用于結合GFRP筋制備ULCC板材，將有潛力成為超高層建筑或大跨度構件的重要選材。

技術領域

本發明涉及建筑材料技術領域，更具體地，涉及一種納米氧化鋁改性超輕質水泥基復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

混凝土是當今用量最大的建筑材料，然而，混凝土具有自重大、脆性大、抗拉強度低、韌性差等缺點，這很大程度上也影響和限制了其使用范圍。目前現代的建筑結構形式逐步向著大跨度、超高層建筑方向發展，土木工程逐步向地下、海洋中擴張，這意味著對混凝土的性能要求增加，由于施工的難度增加，要求混凝土減輕自重的同時要保持其力學性能甚至更優。同時，隨著近年來裝配式建筑的大力推廣，用輕質高強的材料制備裝配式建筑預制構件，可以大大降低材料成本與運輸成本，且便于施工現場的起吊與安裝。

超輕質水泥基復合材料(ULCC)是一種具有低密度和高強度的水泥復合材料，相比于一般的混凝土，其具有輕質、高強度等特性，這是通過空心微珠作為微輕骨料摻入水泥漿基質中實現的，以及采用微硅粉作為膠凝材料，發揮其高活性的火山灰效應，加速水泥的水化反應，提高其力學性能，由于其比強度(抗壓強度/密度)較高，且具有低導熱率、低滲水性以及良好的凍融耐久性等優異性能，使其在橋梁、超高層建筑、大跨度結構和海洋工程等領域有著廣闊的應用前景，同時由于空心微珠是一種從火力發電廠燃煤殘渣中提取的材料，也讓ULCC成為未來綠色可持續開發利用的混凝土。

然而，超輕質水泥基復合材料(ULCC)從微觀結構上看具有大量的多孔層，因為水泥、微硅粉以及纖維等會使ULCC的內部包含大量的殘余空氣，影響其致密性，這會導致纖維和水泥漿基質之間接觸不良或結合弱化，影響基質破裂后ULCC的撓曲，而鋼筋混凝土結構大都處于帶縫工作狀態，致使鋼筋很容易發生銹蝕，這嚴重影響結構的承載力和正常使用性能，使結構的使用壽命大幅度降低，所以普通鋼筋應用在含有大量殘余空氣的ULCC板中并不是一個好的選擇。

由于納米材料的尺寸很小，與對應的宏觀物質材料相比，其表面的電子結構和內部的晶體結構發生巨大變化，可以產生小尺寸效應、表面效應、量子效應和宏觀量子隧道效應，從而使納米材料具有一些特殊的物理化學性質。此外，由于其比表面積較大，納米材料具有較高的延展性，若采用納米材料改性混凝土材料，可望提高其延展性和強度，同時由于其表面粒子具有較高的能量，導致其表面能大、不穩定，容易與外界其他原子相結合，獲得穩定，有利于混凝土材料內部粒子之間的結合牢固，從而提高混凝土材料的致密性，防止外界有害物質進入混凝土材料內部，使混凝土的耐久性大大提高。

因此，提出一種解決上述問題的納米氧化鋁改性超輕質水泥基復合材料及其制備方法和應用實為必要。

發明內容

本發明所提供的納米氧化鋁改性超輕質水泥基復合材料及其制備方法主要用于解決目前常見的超輕質水泥基復合材料中由于包含大量殘余空氣，以致其內部具有大量的多孔層，影響其致密性，導致其他原材料和水泥漿基質之間接觸不良或結合弱化，嚴重影響材料力學性能的問題。本發明的技術方案是通過在超輕質水泥基復合材料中摻入納米氧化鋁對其改性，由于納米氧化鋁具有較小的粒徑以及特殊的化學活性，能夠與水泥發生反應從而改善混凝土內部的微觀結構，從而提高超輕質水泥基復合材料的力學性能以及耐久性能，所述納米氧化鋁改性超輕質水泥基復合材料作為基體可以制作成板構件，具有良好的應用前景。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：