本發明屬于建筑材料領域，具體涉及一種改性地聚合物膠凝材料。
背景技術：
混凝土是目前世界上用量最多的一類建筑材料，而其常用的膠凝材料為水泥。傳統水泥工業是高資源消耗、高能源消耗、高環境負荷的產業。據統計，每噸水泥需要消耗1噸石灰石，200千克粘土，235千克標準煤，排放650千克二氧化碳，且生產水泥每年向大氣排放的煙塵粉塵和煙塵量近1000萬噸。因此，亟需一種新型綠色膠凝材料作為硅酸鹽水泥的替代品。
地聚合物作為一種新近研發的膠凝材料，它的原料價格低廉，儲量豐富，可利用礦渣廢物、建筑生產垃圾等為原料生產，且生產能耗低，相較于水泥，其環保效應尤為明顯，可以被大量生產并運用于工程實際。與此同時，地聚合物還具有普通水泥所不具有的優良性質，如早期強度形成快，良好的抗壓強度，耐火、耐高溫及耐化學腐蝕性能好等。但是，與地聚合物優異的抗壓強度相比，其抗折性能與韌性較差，脆性大，嚴重制約了它在對彎曲韌性要求較高的混凝土構件中的應用。
當前對于地聚合物的增韌主要為纖維增韌，然而纖維增韌的產品耐堿腐蝕不是很高，工序復雜，對設計研究和實際應用帶來困難。殼聚糖作為一種天然高分子，其中含有大量高分子鏈，能夠增加地聚合物的韌性。且采用殼聚糖對地質聚合物進行增韌的工藝流程簡便，能夠在不會對原有優良性能產生太大影響基礎上進行增韌。同時，殼聚糖的制備母體幾丁質資源豐富，價格低廉，因此用殼聚糖對地聚合物增韌有著良好的應用前景。
技術實現要素：
本發明目的在于提供一種殼聚糖改性地聚合物膠凝材料，使其具有良好的力學性能，顯著降低壓折比并提高彎曲韌性，讓地聚合物作為一類膠凝材料，能在對彎曲韌性要求較高的混凝土構件中得以應用。
為達到上述目的，采用技術方案如下：
一種殼聚糖改性地聚合物膠凝材料，采用以下方式制備而來：
將殼聚糖加入到堿性激發劑中充分攪拌溶解得到混合溶液；再將混合溶液逐步加入到硅鋁質固體材料中攪拌混勻；注入模具中進行反應，脫模后進行養護，得到殼聚糖改性地聚合物膠凝材料。
按上述方案，所述硅鋁質固體材料包含粉煤灰、偏高嶺土、高爐礦渣的任意一種或者任意混合。
按上述方案，所述堿性激發劑為氫氧化鈉與硅酸鈉混合溶液、氫氧化鈉與硅酸鉀混合溶液、氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液、氫氧化鉀與硅酸鉀混合溶液的任意一種或者混合。
按上述方案，所述殼聚糖為羧甲基殼聚糖、羥丙基殼聚糖、鹽酸丁卡因殼聚糖、N-三甲基殼聚糖、N-馬來酰化殼聚糖中任意一種或者任意混合。
按上述方案，所述殼聚糖的摻量為硅鋁質固體材料質量的0.05wt％～0.5wt％。
優選地，殼聚糖的摻量為高爐礦渣質量的0.08wt％～0.3wt％。
按上述方案，殼聚糖加入到堿性激發劑中在30-60℃下攪拌0.25-1h溶解得到混合溶液。
按上述方案，堿性激發劑的模數M(SiO2)/n(Na2O)在0.5-2之間，堿性激發劑質量占硅鋁質固體材料質量的百分比的5wt％-20wt％。
優選地，所述堿性激發劑為氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液，模數M(SiO2)/n(Na2O)在0.8-1.5之間，堿性激發劑質量占高爐礦渣質量的百分比在8％-15％之間。
按上述方案，模具中反應條件為在10-30℃反應12～48h。
本發明以硅鋁質固體材料為主要原料，用堿性激發劑進行激發，以殼聚糖為主要增韌劑,確定了各原料種類、摻量與摻用方式，以及使用殼聚糖增韌改性時堿性激發劑的模數及堿當量，并在常溫養護環境中使該體系具有良好的力學性能，顯著降低材料的壓折比及提高材料彎曲韌性，使得地聚合物作為一類膠凝材料，能在對彎曲韌性要求較高的混凝土構件中得以應用。
殼聚糖摻入地聚合的主要影響與殼聚糖中生物大分子中大量氫鍵有關。殼聚糖中生物大分子中有機官能團如羧基、羥基、氨基的氫鍵與地聚合物膠凝物質通過范德華力和配位鍵相連接。地聚合過程水解的硅烷羥基和低分子聚合物與殼聚糖中羥基組分縮聚形成共價鍵。正是這些有機-無機柔性鍵覆蓋和連接地聚合過程的結構單元，使地聚合物形成的三維網絡結構不易轉動導致脆性大的缺點得到緩解，最終達到了增韌的目的。
殼聚糖由于它穩定的晶體結構，在堿性環境中難以溶解，而地聚合物需要堿性激發劑進行激發，因此，要適當控制體系中的堿環境，取適當的堿基發劑摻量。
殼聚糖的摻加方式是要在稍微高于室溫條件下先加入堿基發劑溶液中，充分混合攪拌一定時間，得到均一溶液后來使用，既能確保殼聚糖的充分溶解又能確保殼聚糖在地聚合反應過程進行的同時起到作用。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
本發明能明顯改善地質聚合物的韌性，使其能在對彎曲韌性要求較高的混凝土構件中得以應用。
本發明易于操作，工作流程簡潔，能在實際生產中得到較好的應用。
本發明能夠合理利用工業廢棄物，節能環保。
具體實施方式
以下實施例進一步闡釋本發明的技術方案，但不作為對本發明保護范圍的限制。
實施例1
將1g羧甲基殼聚糖加入到100g模數為1的氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液中，在30℃下充分攪拌1h得到均一混合溶液。將高爐礦渣取1000g，向其中逐步加入之前均一混合溶液，并在20℃下充分攪拌20分鐘，然后注入模具并震蕩以排除反應物中的空氣。在室溫中(20℃左右)反應24h后脫模，再將樣品用密封袋密封放入恒溫箱中以室溫(20℃左右)養護28天，最終得到地聚合物樣品。此時測得其抗壓強度為58.31MPa，抗折強度為9.55MPa，壓折比為6.11，彎曲韌性系數為5.98KN·mm。
實施例2
將1g羥丙基殼聚糖加入到100g模數為1的氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液中，在50℃下充分攪拌1h得到均一混合溶液。將高爐礦渣取1000g，向其中逐步加入之前均一混合溶液，并在20℃下充分攪拌20分鐘，然后注入模具并震蕩以排除反應物中的空氣。在室溫中(20℃左右)反應24h后脫模，再將樣品用密封袋密封放入恒溫箱中以室溫(20℃左右)養護28天，最終得到地聚合物樣品。此時測得其抗壓強度為60.22MPa，抗折強度為10.2MPa，壓折比為5.90，彎曲韌性系數為6.84KN·mm。
實施例3
將1.5gN-三甲基殼聚糖加入到100g模數為1的氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液中，在50℃下充分攪拌1h得到均一混合溶液。將高爐礦渣取1000g，向其中逐步加入之前均一混合溶液，并在20℃下充分攪拌20分鐘，然后注入模具并震蕩以排除反應物中的空氣。在室溫中(20℃左右)反應24h后脫模，再將樣品用密封袋密封放入恒溫箱中以室溫(20℃左右)養護28天，最終得到地聚合物樣品。此時測得其抗壓強度為55.34MPa，抗折強度為8.46MPa，壓折比為6.54，彎曲韌性系數為6.29KN·mm。
將以上實施例1～3與各自空白樣28d力學性能繪制如下的表1(空白樣除不摻加殼聚糖外其他所有條件與實施例相同)
表1
從表1可以看出實施例1和空白樣相比壓折比降低了20.79％，彎曲韌性提高了152％；實施例2和空白樣相比壓折比降低了26.27％，彎曲韌性提高了143％；實施例3實施例2和空白樣相比壓折比降低了12.08％，彎曲韌性提高了139％。因此，可以知道每個實施例中的壓折比均低于空白樣，彎曲韌性均優于空白樣，充分證明殼聚糖增韌型地聚合物具有很好的韌性。
實施例4
將10g羧甲基殼聚糖加入到1kg模數為1的氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液中，在30℃下充分攪拌1h得到均一混合溶液。取高爐礦渣8kg，砂8kg，石子15kg后進行攪拌混合，向其中逐步加入之前均一混合溶液，并在20℃下充分攪拌20分鐘，然后注入模具并震蕩以排除反應物中的空氣。在室溫中(20℃左右)反應24h后脫模，再將樣品用保鮮膜密封放入恒溫箱中以室溫(20℃左右)養護28天，最終得到地聚合物樣品。此時測得其抗壓強度為52.81MPa，抗折強度為7.82MPa，壓折比為6.11，彎曲韌性系數為4.77KN·mm。
實施例5
將15gN-三甲基殼聚糖加入到1kg模數為1的氫氧化鉀與硅酸鈉混合溶液中，在50℃下充分攪拌1h得到均一混合溶液。取高爐礦渣8kg，砂8kg，石子15kg后進行攪拌混合，向其中逐步加入之前均一混合溶液，并在20℃下充分攪拌20分鐘，然后注入模具并震蕩以排除反應物中的空氣。在室溫中(20℃左右)反應24h后脫模，再將樣品用保鮮膜密封放入恒溫箱中(20℃左右)以室溫養護28天，最終得到地聚合物樣品。此時測得其抗壓強度為50.16MPa，抗折強度為7.05MPa，壓折比為6.54，彎曲韌性系數為4.53KN·mm。
將以上實施例4～5與各自空白樣28d力學性能繪制如下的表2(空白樣除不摻加殼聚糖外其他所有條件與實施例相同)
表2
從表2可以看出實施例4和空白樣相比壓折比降低了26.67％，彎曲韌性提高了130％；實施例5和空白樣相比壓折比降低了29.96％，彎曲韌性提高了113％。因此，可以知道每個實施例中的壓折比均低于空白樣，彎曲韌性均優于空白樣，充分證明殼聚糖增韌型地聚合物混凝土與普通地聚合物混凝土相比，有很好的韌性，使其能在對彎曲韌性要求較高的混凝土構件中更好的應用。