一种高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料及其制备方法
本发明属于水工抗冲磨混凝土材料，尤其涉及一种高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料及其制备方法。
背景技术：
1、在水工工程领域，水流的冲击和磨蚀是普遍存在的挑战。传统的水工抗冲磨材料常采用混凝土、钢材等，尽管这些材料具有一定的强度，但在长期水流冲击和磨蚀的环境下，仍然难以满足持久耐用的要求，导致工程的维护成本显著增加。为了保障水工设施的稳定性和可靠性，研发出高效的抗冲磨材料变得尤为重要。水工抗冲磨材料不仅要具备高强度和抗冲击性，还需具备优异的韧性和耐候性，从而能够在复杂的水工环境中长期稳定运用，降低维护成本，提高工程的安全可靠性。本发明应运而生，旨在解决现有水工抗冲磨材料所面临的局限性，并为水工工程领域的发展提供新的突破方向。
技术实现思路
1、本发明目的在于提供一种水工抗冲磨材料，特别是一种具有绿色环保、性能优越的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料，该材料具有较高韧性，较好的抗冲击性能、抗磨蚀性能和耐久性能等特点。
2、为了达到上述目的，采用如下技术方案：
3、一种高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料，其特征在于原料组成按重量份数计如下：粉煤灰36-43份，煅烧偏高岭土7-9份，硅酸盐水泥4-5份，硅灰2-3份，纳米二氧化硅2-3份，细骨料15-19份，水0.5-1份，水玻璃26-29份，氢氧化钠2-3份，聚乙烯醇纤维1.2-1.8份，聚乙烯醇粉末0.4-0.6份。
4、按上述方案，所述粉煤灰为一级粉煤灰，其sio2含量为42-50wt%，al2o3含量为22-30wt%，5 μm方孔筛筛余量≤18%。
5、按上述方案，所述煅烧偏高岭土的sio2含量为50-56wt%，al2o3含量为41-46wt%，白度≥90%，颗粒度325目筛余物≤0.01%。
6、按上述方案，所述硅酸盐水泥为42.5r普通硅酸盐水泥。
7、按上述方案，所述硅灰粒径范围为2-3 μm，纳米二氧化硅粒径范围为200-500 nm。
8、按上述方案，所述细骨料为天然河砂、金刚砂和橡胶颗粒，天然河砂和金刚砂各占45%，粒径均为40-70目；橡胶颗粒为废弃轮胎橡胶颗粒，且经过kh560硅烷偶联剂预处理，粒径为1-3 mm，掺量为细骨料含量的10%。
9、按上述方案，所述水玻璃的固含量为34%-38%，sio2含量为26-28wt%，na2o含量为8.2-10wt%,模数为3.1-3.4。
10、按上述方案，所述氢氧化钠的纯度≥96wt%。
11、按上述方案，所述聚乙烯醇纤维长度为6-12 mm，当量直径为15-20 μm，抗拉强度≥1550 mpa。
12、按上述方案，所述聚乙烯醇粉末为水溶性聚乙烯醇粉末，且是冷水可溶的，粒径为160-200目。
13、上述高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料的制备方法，包括以下步骤：
14、(1)将水玻璃和氢氧化钠倒入容器中搅拌混合3-5 min，使氢氧化钠完全溶解，配制为碱激发剂，将配制好的碱激发剂静置冷却12 h以上；
15、(2)将粉煤灰、煅烧偏高岭土、硅酸盐水泥、硅灰和纳米二氧化硅倒入搅拌机中搅拌2-3 min，使其充分混合均匀，得到预混料；将预混料加入搅拌机，边搅拌边缓慢倒入碱激发剂和水，搅拌1-2 min，得到地聚合物浆体；将聚乙烯醇纤维、聚乙烯醇粉末和细骨料加入地聚合物浆体中，继续搅拌3-5 min，浇筑，振捣，在常温条件下养护28天即得到高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料。
16、本发明与传统的水工抗冲磨材料相比，本发明的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料具有以下主要优点：
17、1、本发明的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料采用地聚合物作为主要胶凝材料，较传统材料减少了对自然资源的消耗，节能环保；
18、2、本发明的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料在常温条件下养护，易于施工和推广应用；
19、3、本发明的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料具有卓越的高韧性和耐磨损性能。在水流冲击和磨蚀作用下，能够有效抵御外部力的影响，延长使用寿命，减少维护成本。
技术特征：
1.一种高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料，其特征在于原料组成按重量份数计如下：粉煤灰36-43份，煅烧偏高岭土7-9份，硅酸盐水泥4-5份，硅灰2-3份，纳米二氧化硅2-3份，细骨料15-19份，水0.5-1份，水玻璃26-29份，氢氧化钠2-3份，聚乙烯醇纤维1.2-1.8份，聚乙烯醇粉末0.4-0.6份。
2.如权利要求1所述的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料,其特征在于所述粉煤灰为一级粉煤灰，其sio2含量为42-50wt%，al2o3含量为22-30wt%，5 μm方孔筛筛余量≤18%。
3.如权利要求1所述的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料,其特征在于所述煅烧偏高岭土的sio2含量为50-56wt%，al2o3含量为41-46wt%，白度≥90%，颗粒度325目筛余物≤0.01%。
4.如权利要求1所述的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料,其特征在于所述硅酸盐水泥为42.5r普通硅酸盐水泥。
5.如权利要求1所述的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料,其特征在于所述硅灰粒径范围为2-3 μm，纳米二氧化硅粒径范围为200-500 nm。
6.如权利要求1所述的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料,其特征在于所述细骨料为天然河砂、金刚砂和橡胶颗粒，天然河砂和金刚砂各占45%，粒径均为40-70目；橡胶颗粒为废弃轮胎橡胶颗粒，且经过kh560硅烷偶联剂预处理，粒径为1-3 mm，掺量为细骨料含量的10%。
7.如权利要求1所述的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料,其特征在于所述水玻璃的固含量为34%-38%，sio2含量为26-28wt%，na2o含量为8.2-10wt%,模数为3.1-3.4。
8.如权利要求1所述的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料,其特征在于所述氢氧化钠的纯度≥96wt%。
9.如权利要求1所述的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料,其特征在于所述聚乙烯醇纤维长度为6-12 mm，当量直径为15-20 μm，抗拉强度≥1550 mpa。
10.如权利要求1所述的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料,其特征在于所述聚乙烯醇粉末为水溶性聚乙烯醇粉末，且是冷水可溶的，粒径为160-200目。
11.权利要求1-10任何一项所述高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
技术总结
本发明公布了一种高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料，原料组成按重量份数计如下：粉煤灰36‑42份，煅烧偏高岭土7‑9份，硅酸盐水泥4‑5份，硅灰2‑3份，纳米二氧化硅2‑3份，细骨料(天然河砂:金刚砂:橡胶颗粒=4.5:4.5:1)15‑19份，水0.5‑1份，水玻璃26‑29份，氢氧化钠2‑3份，聚乙烯醇纤维1.2‑1.8份，聚乙烯醇粉末0.4‑0.6份。本发明的高韧性、高耐久性地聚合物水工抗冲磨材料具有较好的韧性、抗冲击和抗磨蚀性能，相较于传统材料，本发明的材料在水流冲击、撞击和磨蚀环境下表现出更佳的耐久性，提高了工程的可持续性；此外，以地聚合物作为主要胶凝材料更加节能环保，采用常温养护易于施工和推广应用。
技术研发人员：刘杰胜,张森龙,杜立伟,张芷瑜,段诗雪,赵程澄,张曼,徐闫,谭晓明
受保护的技术使用者：武汉轻工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23