本發(fā)明屬于建筑材料，具體涉及一種多元耦合體系膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的膠凝材料如水泥基膠凝材料雖然廣泛應(yīng)用，但常常存在以下缺陷：（1）韌性不足：水泥基膠凝材料可以達(dá)到較高的抗壓強(qiáng)度，但其抗拉強(qiáng)度和韌性較低屬于典型的脆性材料；（2）抗裂性差：水泥基膠凝材料在硬化過程中容易出現(xiàn)收縮裂縫，尤其是在早期階段，裂縫不僅影響材料的整體美觀性，還會(huì)降低其耐久性和使用壽命；（3）耐久性差：水泥基膠凝材料長期使用過程中抵抗環(huán)境侵蝕和保持穩(wěn)定性能的能力不足，通常表現(xiàn)出的是抗氯離子滲透性差、抗碳化性不足、氣密性差等。

2、氣化渣、生物質(zhì)焚燒灰、氨堿白泥等是工業(yè)生產(chǎn)中常見固體廢棄物。生物質(zhì)焚燒灰一般富含礦質(zhì)元素的，可以一定比例施到農(nóng)田里作為肥料，或直接填埋，但容易造成環(huán)境污染；氨堿白泥不僅可以用作土壤改良劑，還能用于制備陶瓷及耐火材料或生產(chǎn)水泥與混凝土。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多元耦合體系膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明制備的多元耦合體系膠凝材料不僅具備與水泥類似的水化硬化特性，與不具備自硬性的礦粉、粉煤灰等摻合料有本質(zhì)區(qū)別，同時(shí)具備傳統(tǒng)水泥所不具備的優(yōu)勢特征，其韌性更高、水化熱更低、耐化學(xué)侵蝕能力強(qiáng)且低碳節(jié)能，能夠節(jié)省傳統(tǒng)混凝土中50%以上的水泥用量，最大程度降低混凝土成本。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種多元耦合體系膠凝材料，所述多元耦合體系膠凝材料包括以下質(zhì)量百分比的組分：活性粉末60%~80%、納米填充材料5%~20%、增韌材料10%~15%、化學(xué)改性劑5%~13%；其中，

3、所述活性粉末包括高活性無定形二氧化硅粉末、超細(xì)氣化渣微粉和超細(xì)生物質(zhì)焚燒灰，提供材料的膠凝性能；所述高活性無定形二氧化硅粉末質(zhì)量符合gb/t27690-2023《砂漿和混凝土用硅灰》中sf90級(jí)的要求；所述超細(xì)氣化渣微粉比表面積為400~500m2/kg，需水量比≤100，活性指數(shù)≥60%；所述超細(xì)生物質(zhì)焚燒灰比表面積≥600m2/kg，需水量比≤110，活性指數(shù)≥85%；

4、所述納米填充材料包括納米陶瓷粉末和納米碳酸鈣，改善膠凝材料級(jí)配提高耐久性及抗侵蝕能力；所述納米陶瓷粉末的粒徑為50~100nm；所述納米碳酸鈣的粒徑≤100nm，質(zhì)量符合gb/t19590-2023的要求；

5、所述增韌材料包括橡膠粉和聚乙烯醇，提升材料的韌性和抗裂性；所述橡膠粉為20-60目，質(zhì)量符合gb/t?19208-2020的要求；

6、所述化學(xué)改性劑包括改性山梨醇、氨堿白泥和氟硅酸鈉，增加活性粉末的膠凝能力；所述氨堿白泥的ph值≥9.0，重金屬浸出濃度限值符合gb/t?30810-2014的規(guī)定，放射性指標(biāo)符合gb?6566-2010的規(guī)定。

7、優(yōu)選地，所述多元耦合體系膠凝材料包括以下質(zhì)量百分比的組分：高活性無定形二氧化硅粉末25%~40%、超細(xì)氣化渣微粉10%~30%、超細(xì)生物質(zhì)焚燒灰10%~15%、納米陶瓷粉末2%~10%、納米碳酸鈣3%~10%、橡膠粉5%~8%、聚乙烯醇5%~7%、改性山梨醇3%~5%、氨堿白泥1%~3%、氟硅酸鈉2%~5%。

8、本發(fā)明還提供了一種所述多元耦合體系膠凝材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

9、s1、將高活性無定形二氧化硅粉末、超細(xì)氣化渣微粉、超細(xì)生物質(zhì)焚燒灰加入超細(xì)立式粉磨機(jī)，粉磨至比表面積為1000~1200m2/kg后進(jìn)入高效選粉機(jī)，比表面積不符合要求的重新進(jìn)入超細(xì)立式粉磨機(jī)粉磨，得到混合活性粉末；

10、s2、將s1得到的混合活性粉末與改性山梨醇、氨堿白泥、氟硅酸鈉、納米陶瓷粉末、納米碳酸鈣、橡膠粉和聚乙烯醇共同加入臥式球磨機(jī)，混合均勻，最終得到多元耦合體系膠凝材料。

11、本發(fā)明還提供了一種所述多元耦合體系膠凝材料的應(yīng)用，所述多元耦合體系膠凝材料單獨(dú)用于配制c10-c100強(qiáng)度等級(jí)混凝土，或者與水泥配合使用配制混凝土，還能添加水泥、礦粉、粉煤灰等摻雜料。

12、本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果：

13、1、本發(fā)明提供了一種多元耦合體系膠凝材料及其制備方法，得到的多元耦合體系膠凝材料具備與水泥類似的水化硬化特性，與不具備自硬性的礦粉、粉煤灰等摻合料有本質(zhì)區(qū)別，同時(shí)具備傳統(tǒng)水泥所不具備的優(yōu)勢特征，包括：（1）更高韌性，傳統(tǒng)水泥折壓比為0.17-0.22，多元耦合體系膠凝材料折壓比為0.20-0.31；（2）水化熱低，僅為傳統(tǒng)水泥50%，特別適用于大體積混凝土；（3）耐化學(xué)侵蝕能力強(qiáng)，特別適用于海洋工程應(yīng)用及多元耦合復(fù)雜服役環(huán)境；（4）低碳節(jié)能，碳排放僅為傳統(tǒng)水泥的10%，能耗僅為傳統(tǒng)水泥20%。

14、2、本發(fā)明通過多級(jí)微納結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)調(diào)控活性粉末與納米填充材料的比例和成分，實(shí)現(xiàn)了膠凝材料微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，該技術(shù)改變了粉體材料顆粒之間的范德華力，從而有效降低了材料的空隙率，增強(qiáng)了微觀結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。

15、通過在膠凝材料中添加特定的化學(xué)改性劑，應(yīng)用時(shí)改變了混凝土材料制備過程中材料內(nèi)部的分子鏈結(jié)構(gòu)和相互作用方式，使得混料在固化過程中能夠形成更加穩(wěn)定和致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而大幅提高了混凝土材料的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。增韌材料和化學(xué)改性劑的耦合作用在混凝土材料中形成了更加穩(wěn)定的界面層，聚乙烯醇和橡膠粉通過物理交聯(lián)和分子間的作用力增強(qiáng)了混凝土材料的韌性、抗裂性，而改性山梨醇和氨堿白泥的引入則優(yōu)化了材料的微觀界面結(jié)構(gòu)，增加了水泥基體與填充材料之間的結(jié)合力，提高了混凝土材料的抗?jié)B透性和耐久性。

16、3、本發(fā)明以氣化渣、生物質(zhì)焚燒灰、氨堿白泥等工業(yè)固體廢棄物為主要原料，可大幅消納固廢，實(shí)現(xiàn)資源化配置，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。所制備的多元耦合體系膠凝材料可單獨(dú)用于配制c10-c100強(qiáng)度等級(jí)混凝土，亦可與水泥以任意比例配合使用，能夠節(jié)省傳統(tǒng)混凝土中50%以上的水泥用量，最大程度降低混凝土成本。

17、下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種多元耦合體系膠凝材料，其特征在于，所述多元耦合體系膠凝材料包括以下質(zhì)量百分比的組分：活性粉末60%~80%、納米填充材料5%~20%、增韌材料10%~15%、化學(xué)改性劑5%~13%；其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多元耦合體系膠凝材料，其特征在于，所述高活性無定形二氧化硅粉末為sf90級(jí)砂漿和混凝土用硅灰；所述超細(xì)氣化渣微粉比表面積為400~500m2/kg，需水量比≤100，活性指數(shù)≥60%；所述超細(xì)生物質(zhì)焚燒灰比表面積≥600m2/kg，需水量比≤110，活性指數(shù)≥85%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多元耦合體系膠凝材料，其特征在于，所述納米陶瓷粉末的粒徑為50~100nm；所述納米碳酸鈣的粒徑≤100nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多元耦合體系膠凝材料，其特征在于，所述橡膠粉為20-60目。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多元耦合體系膠凝材料，其特征在于，所述氨堿白泥的ph值≥9.0。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多元耦合體系膠凝材料，其特征在于，所述多元耦合體系膠凝材料包括以下質(zhì)量百分比的組分：高活性無定形二氧化硅粉末25%~40%、超細(xì)氣化渣微粉10%~30%、超細(xì)生物質(zhì)焚燒灰10%~15%、納米陶瓷粉末2%~10%、納米碳酸鈣3%~10%、橡膠粉5%~8%、聚乙烯醇5%~7%、改性山梨醇3%~5%、氨堿白泥1%~3%、氟硅酸鈉2%~5%。

7.一種權(quán)利要求1~6任一權(quán)利要求所述的多元耦合體系膠凝材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述多元耦合體系膠凝材料的應(yīng)用，其特征在于，所述多元耦合體系膠凝材料單獨(dú)用于配制c10-c100強(qiáng)度等級(jí)混凝土，或者與水泥配合使用配制混凝土。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種多元耦合體系膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用，所述多元耦合體系膠凝材料包括以下質(zhì)量百分比的組分：活性粉末60%~80%、納米填充材料5%~20%、增韌材料10%~15%、化學(xué)改性劑5%~13%。本發(fā)明制備的多元耦合體系膠凝材料具備與水泥類似的水化硬化特性，同時(shí)比傳統(tǒng)水泥具有更高的韌性、更低的水化熱及更強(qiáng)的耐化學(xué)侵蝕能力，可單獨(dú)用于配制C10?C100強(qiáng)度等級(jí)混凝土，亦可與水泥以任意比例配合使用，能夠節(jié)省傳統(tǒng)混凝土中50%以上的水泥用量，最大程度降低混凝土成本。

技術(shù)研發(fā)人員：馬永勝,殷繼偉,高小建,陳鐵鋒,尤齊銘,張益豪,劉瑞朝,李金君,劉加慶,楊莉,吳海松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8