[发明专利]一种改性纤维素纳米晶增强水泥净浆材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种改性纤维素纳米晶增强水泥净浆材料及其制备方法，所述改性纤维素纳米晶类增强水泥净浆材料含有纤维素纳米晶衍生物。其制备方法为：将纤维素纳米晶衍生物与水混合，经均质处理、超声处理后与水泥拌和，然后置于模具中养护，得到改性纤维素纳米晶增强水泥净浆材料。本发明通过表面化学修饰和适当均质、超声的方法，进一步改善纤维素纳米材料在水泥中的分散性，提高水泥的水化程度，提升水泥浆体的力学性能。纤维素纳米晶衍生物的添加有利于水泥净浆材料水化度的提高从而提高抗折强度，CNC‑COOH或CNC‑g‑PEG掺量为0.20％时，水泥的3天强度分别提升了30％和40％，28天强度也有着15％和20％的提升。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种改性纤维素纳米晶增强水泥净浆材料及其制备方法。

背景技术

随着现代建筑向着大跨度、高层化方向的发展，对承重结构的混凝土性能要求越来越高。由于水泥或混凝土本身的抗折及承重性能不能满足施工或者作为结构材料的要求，需要在其中添加增强纤维材料提高其强度等。传统的增强材料如纳米二氧化硅、钢纤维、玻璃纤维或碳纤维等，都存在着诸如易被环境侵蚀、环境不友好、价格昂贵等弊病。

纤维素纳米晶(CNC)是纤维素经过一定的酸水解处理后得到的纳米尺度的棒状纤维素结晶物，具有高强度、高模量和极高的比表面积，同时又对环境友好可再生，具有巨大的应用前景。将CNC添加到水泥净浆中，可以有效提升水泥的水化程度从而提升混凝土的强度。但是添加时CNC易团聚，在水泥材料中极难分散，严重影响了对水泥材料的增强效果。

本发明将CNC表面改性为羧基化纤维素纳米晶(CNC-COOH)和纤维素纳米晶接枝聚乙二醇(CNC-g-PEG)，并将其添加在水泥净浆中，相比未改性的CNC，CNC的表面改性衍生物在水中的分散性更好，因此在水泥基体中的分散也会更好；同时CNC衍生物对水的亲和有所提升，有助于水分向未水化区域的扩散提升水化程度，因此能够有效地提升水泥的水化程度从而提升水泥的力学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种具有高强度的改性纤维素纳米晶增强水泥净浆材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种改性纤维素纳米晶增强水泥净浆材料，所述改性纤维素纳米晶类增强水泥净浆材料含有纤维素纳米晶衍生物。

按上述方案，所述纤维素纳米晶衍生物为羧基化纤维素纳米晶(CNC-COOH)或纤维素纳米晶接枝聚乙二醇(CNC-g-PEG)。

按上述方案，所述CNC-COOH的制备方法为：将CNC超声分散于水中得到CNC分散液，然后将TEMPO和NaBr溶于水中得到的水溶液逐滴加入到CNC分散液中，再缓慢滴加NaClO溶液，室温下反应3h，反应期间用NaOH溶液调节反应液pH值为10.0，加入乙醇停止反应，然后加入HCl溶液调节反应液pH值为5.0-6.0，搅拌反应30min，再经离心洗涤、干燥得到CNC-COOH。

按上述方案，所述CNC-g-PEG的制备方法为：将CNC-COOH分散于氨基化聚乙二醇水溶液中得到CNC-COOH分散液，调节分散液pH值为7.5-8.0，加入NHS和EDC，搅拌反应24h，随后后处理得到CNC-g-PEG。

本发明还提供上述改性纤维素纳晶增强水泥净浆材料的制备方法，其步骤如下：将纤维素纳米晶衍生物与水混合，经均质处理、超声处理后与水泥拌和，然后置于模具中养护，得到改性纤维素纳米晶增强水泥净浆材料。

按上述方案，所述纤维素纳米晶衍生物与水泥质量比为0.01-2:100。

优选的是，所述纤维素纳米晶衍生物与水泥质量比为0.10-0.50:100。

特别优选的是，所述纤维素纳米晶衍生物与水泥质量比为0.20:100。