一种多级互穿网络改性水泥基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多级互穿网络改性水泥基复合材料，各组分按质量份数为：胶凝材料90

【技术实现步骤摘要】
一种多级互穿网络改性水泥基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及混凝土
，特别是涉及一种多级互穿网络改性水泥基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]水泥基材料是一种抗压强度高而抗拉强度低的脆性材料，根据其多尺度特征模型可知基体在宏观尺度上的韧性及阻裂性能的提高主要取决于微观结构在持续或冲击荷载作用下更高的变形能力。改善水泥基材料的微观结构，开展基体微裂纹的阻抑研究是从根本上实现水泥基材料高强韧及高抗裂性能的有效途径。
[0003]近年来，许多学者通过纤维改性、聚合物改性与纳米材料改性等方法对基体的微观结构进行精准调控，并利用多元增韧材料复掺法进行多尺度下裂纹的协同阻抑研究，且已取得了有益尝试。然而，传统阻裂增韧方法由于增韧材料的团聚效应与相分离难题无法有效提升水泥基体的“全局”韧性；此外，多尺度增韧材料的网络均匀性仍待优化、机理尚不明确，其在结构缺陷与裂纹扩展中的多尺度调控效能依然面临巨大挑战。
[0004]因此，如何完善多级增韧网络的一体化设计，实现水泥基材料多尺度、全基体的均匀增韧，进一步提升增韧网络对微裂纹的敏感性仍然是亟待突破的瓶颈问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种多级互穿网络改性水泥基复合材料及其制备方法，解决传统增韧材料由于相分离及团聚效应差导致整体性差和增韧效能低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种多级互穿网络改性水泥基复合材料，各组分按质量份数为：胶凝材料90
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100份、多元聚合物单体1
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5份、交联剂0.001
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0.003份、引发剂0.005
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0.015份、催化剂0.005
‑
0.04份、纳米纤维素0.01
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0.5份、消泡剂0.15
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0.25份、减水剂0.5
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1.5份、氢氧化钠0
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1.4份和拌和水35
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55份。
[0007]优选的，所述多元聚合物单体为丙烯酸类单体、2
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丙烯酸酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸单体、丙烯酰胺类单体和丙烯酸酯类单体中的一种或多种。
[0008]优选的，所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过硫酸钾和过硫酸铵中的一种或多种。
[0009]优选的，所述纳米纤维素为纳米纤维素晶须和纳米纤维素纤维中的一种或多种。
[0010]优选的，所述减水剂为木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐减水剂、聚羧酸系高能减水剂中的一种或多种。
[0011]一种多级互穿网络改性水泥基复合材料的制备方法，S1、按质量份数称取胶凝材料90
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100份、多元聚合物单体1
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5份、交联剂0.001
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0.003份、引发剂0.005
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0.015份、催化剂0.005
‑
0.04份、纳米纤维素0.01
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0.5份、消泡剂0.15
‑
0.25份、减水剂0.5
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1.5份、氢氧化钠0
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1.4份和拌和水35
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55份；S2、将0.01
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0.5份纳米纤维素加入35
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55份拌和水中，室温下磁力搅拌后超声分散，得到纳米纤维素溶液；
S3、将1
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5份多元聚合物单体、0
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1.4份氢氧化钠和0.001
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0.003份交联剂依次加入S2中的纳米纤维素溶液，室温下磁力搅拌后放入真空干燥箱，取出后再依次加入0.005
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0.015份引发剂和0.005
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0.04份催化剂，室温下搅拌得到前驱体混合液；S4、向S3中的前驱体混合液中加入0.15
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0.25份消泡剂和0.5
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1.5份减水剂，室温下磁力搅拌后得到混合液；S5、将S4中的混合液中加入90
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100份胶凝材料先慢速搅拌后快速搅拌，得到多级互穿网络改性水泥基复合材料；S6、将S5中多级互穿网络改性水泥基复合材料注入模具中，室温覆膜24h后对试件进行养护。
[0012]优选的，消泡剂为有机物消泡剂、聚醚类消泡剂和有机硅类消泡剂中的一种或多种。
[0013]优选的，胶凝材料为强度级别为42.5级的普通硅酸盐水泥和强度级别为52.5的普通硅酸盐水泥中的一种或多种。
[0014]因此，本专利技术采用上述组分的一种多级互穿网络改性水泥基复合材料及其制备方法，其有益效果为：1、多元聚合物单体的高分子链中电负性较强的官能团与纳米纤维素纤维（CNF）之间产生氢键作用，多元聚合物单体所含官能团中原子的电负性大小与氢键的键能强弱有关，需选择具有电负性大、易与纳米纤维素纤维产生氢键的官能团（如
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NH2、
‑
NHR、C=O等）的烯类单体促进纳米纤维素纤维分散，并得益于高分子三维网络的调控作用，有效诱导CNF的均匀分散，驱动二级纤维互穿网络的形成；2、多元聚合物单体中阴离子型单体与烯类单体通过自由基聚合法在水泥基体中进行原位聚合，进而同步聚合成在水泥基体中形成的均匀互穿三维嵌段共聚物网络，阴离子型单体的高分子链中阴离子官能团与水泥基体中的金属离子通过络合作用相互增强，从纳米尺度上对水泥基材料的微观结构进行缠结与约束；3、CNF网络中的大量羟基及碱性水解后的羧酸根离子通过短路效应和物理交联进一步优化了胶凝材料水化产物的物相组成及两相材料的黏结作用，使得二级CNF网络能够从微米尺度上阻碍裂纹的产生与扩展；4、本专利技术开创性地以多元聚合物单体为一级网络，纤维素纳米纤维为二级网络，通过原位聚合与同步诱导的制备方法，形成与胶凝材料水化产物均匀缠结的多级互穿网络水泥基复合材料；5、本专利技术有效解决传统增韧材料由于相分离及团聚效应导致的整体性差、增韧效能低的问题，并在纳米、微米双尺度下提升多级互穿网络改性水泥基复合材料对微裂纹的阻抑性能。
[0015]下面通过实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
[0016]以下通过实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0017]除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并
不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级互穿网络改性水泥基复合材料，其特征在于：各组分按质量份数为：胶凝材料90
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100份、多元聚合物单体1
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5份、交联剂0.001
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0.003份、引发剂0.005
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0.015份、催化剂0.005
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0.04份、纳米纤维素0.01
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0.5份、消泡剂0.15
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0.25份、减水剂0.5
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1.5份、氢氧化钠0
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1.4份和拌和水35
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55份。2.根据权利要求1所述的一种多级互穿网络改性水泥基复合材料，其特征在于：所述多元聚合物单体为丙烯酸类单体、2
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丙烯酸酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸类单体、丙烯酰胺类单体和丙烯酸酯类单体中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种多级互穿网络改性水泥基复合材料，其特征在于：所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过硫酸钾和过硫酸铵中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种多级互穿网络改性水泥基复合材料，其特征在于：所述纳米纤维素为纳米纤维素晶须和纳米纤维素纤维中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种多级互穿网络改性水泥基复合材料，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐减水剂、聚羧酸系高能减水剂中的一种或多种。6.根据权利要求1
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5任一项所述的一种多级互穿网络改性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于：S1、按质量份数称取胶凝材料90
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【专利技术属性】
技术研发人员：王荍，许靖港，王里，杨松，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：