有机-无机复合改性的高强高韧性水泥基材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种有机

【技术实现步骤摘要】
有机
‑
无机复合改性的高强高韧性水泥基材料及制备方法


[0001]本专利技术属于土木建筑工程材料
，涉及一种有机
‑
无机复合改性的高强高韧性水泥基材料及制备方法
。

技术介绍

[0002]水泥基材料是一种具有良好抗压强度的建筑材料，但其抗拉性能
、
抗弯性能
、
韧性和抗裂性较差，极大影响了其在大跨度
、
超长尺寸
、
大体积构件中的独立应用
。
为改善混凝土结构韧性及承载力，通常采用的方式是钢筋
、
纤维增强增韧，但仍无法克服水泥基材料基体脆性差等瓶颈
。
近年来，有机
‑
无机复合材料因充分发挥有机相和无机相各自特性并实现互补而引起了相当大的关注
。
与无机材料相比，有机材料抗压强度较低，但具有较高的拉伸
/
弯曲能力，与其他材料良好的附着力，以及良好的抗物理和化学侵蚀能力
。
因此，聚合物在水泥浆
、
砂浆和混凝土的改性中已被广泛使用，在提高水泥基材料的性能方面已发挥着重要作用
。
但传统聚合物改性水泥基材料主要是将已经完成聚合的化学材料通过物理拌和引入，还存在聚合物分布不均，相容性
、
结合性不佳等问题，极大限制了聚合物改性水泥基材料力学性能的有效提升
。
[0003]为解决上述问题，近年来出现了一种原位聚合法改性水泥基材料
。
通过在水泥浆体中添加有机物单体和相关的引发剂
、
促进剂和交联剂等，并借助一定的养护工艺使有机单体的聚合反应与水泥水化反应有效协同，从而形成一种新型的水泥
‑
聚合物框架结构，通过水泥水化产物与聚合物网络的互相穿插
、
结合，提升了水泥基复合材料的抗折强度
。
但目前大多数原位聚合试验仅能提升水泥基材料的抗折强度，且提升幅度较小，绝大部分情况还导致抗压强度下降的副作用，这极大限制了其在大跨度超长构件中的应用
。
因此，如何通过改善聚合物与水泥基材料的结合方式，增强聚合物网络，实现水泥基材料力学性能较大幅度的提升，将对提高水泥基材料在大体积
、
大跨度和超长尺寸构件中的应用极为关键
。
[0004]专利
CN115093182A
公开了一种原位有机
‑
无机聚合改性水泥基复合材料及其制备方法，将聚合物单体和无机纳米材料复合，在水泥基体中共同原位聚合，在原有聚合物网络结构的基础上加入了均匀分布的无机纳米材料，形成了有机
‑
无机复合的星链网络结构
。
但该专利制备工艺较为复杂，且无机纳米材料分散性不良，使得原位聚合的纳米材料对水泥基材料的抗折
、
抗压强度提升效果不显著
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷而提供一种有机
‑
无机复合改性的高强高韧性水泥基材料及制备方法，本专利技术具有成本低
、
成型工艺简单
、
高抗折强度
、
高抗压强度，韧性优异等特点
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的技术方案之一在于，提供一种有机
‑
无机复合改性的高强高韧性水泥基材料，该水泥基材料通过将胶凝材料加入至原位聚合溶液中得到，所述胶凝材料与聚合物
形成网状结构；
[0008]所述胶凝材料包括以下重量份组分：水泥
140
‑
200
份和掺合料0‑
60
份；
[0009]所述原位聚合溶液包括以下重量份组分：纳米纤维素
0.2
‑
0.6
份
、
水
60
‑
100
份
、
丙烯酰胺单体
20
‑
80
份
、
引发剂
0.1
‑
2.0
份和交联剂
0.1
‑
1.0
份
。
[0010]作为优选的技术方案，所述羧基化纳米纤维素的质量掺量为胶凝材料质量的
0.1
‑
0.3
％
。
[0011]作为优选的技术方案，所述丙烯酰胺单体的质量掺量为胶凝材料质量的
10
‑
40
％
。
[0012]作为优选的技术方案，所述水泥包括普通硅酸盐水泥
(P
·Ⅰ42.5
级
)
，或者
P
·Ⅱ42.5、P
·
O 42.5、P
·Ⅰ52.5、P
·Ⅱ52.5
或
P
·
O 52.5
型硅酸盐水泥
。
[0013]进一步地，所述掺合料包括生石灰
、
矿粉
、
粉煤灰
、
氯化钙或硝酸钙
。
[0014]进一步地，所述纳米纤维素包括羧基化纳米纤维素
、
羧基化纳米纤维素晶须
、
纤维素微纤丝或细菌纳米纤维素
。
[0015]进一步地，所述引发剂包括过硫酸铵
、
过硫酸钾，或者过氧化氢
/
亚硫酸氢钠氧化还原剂，所述交联剂包括
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺
、
六亚甲基四胺
、
对苯二酚
、
聚乙烯亚胺
、
对苯二胺，或者甲基或丙烯酸二甲氨基乙酯
。
[0016]本专利技术的技术方案之一在于，提供一种有机
‑
无机复合改性的高强高韧性水泥基材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0017](1)
将纤维素与水混合并超声分散；再将丙烯酰胺单体混合至所有物质全部溶解；而后加入引发剂和交联剂混合，得到原位聚合溶液；
[0018](2)
将水泥和掺合料加入至原位聚合溶液中，经混合后，抽真空处理后进行浇筑，振动成型，覆盖养护膜；而后采用高温湿养法静置养护，蒸汽养护脱模，自然养护后即得到超高强超高韧性水泥基材料
。
[0019]进一步地，步骤
(1)
中纤维素与水混合温度为室温，时间为5‑
20min
，超声分散时间为
30
‑
90min。
[0020]作为优选的技术方案，所述混合搅拌转速为
500
‑
1500r/min
，所述超声分散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种有机
‑
无机复合改性的高强高韧性水泥基材料，其特征在于，该水泥基材料通过将胶凝材料加入至原位聚合溶液中得到，所述胶凝材料与聚合物形成网状结构；所述胶凝材料包括以下重量份组分：水泥
140
‑
200
份和掺合料0‑
60
份；所述原位聚合溶液包括以下重量份组分：纳米纤维素
0.2
‑
0.6
份
、
水
60
‑
100
份
、
丙烯酰胺单体
20
‑
80
份
、
引发剂
0.1
‑
2.0
份和交联剂
0.1
‑
1.0
份
。2.
根据权利要求1所述的一种有机
‑
无机复合改性的高强高韧性水泥基材料，其特征在于，所述掺合料包括生石灰
、
矿粉
、
粉煤灰
、
氯化钙或硝酸钙
。3.
根据权利要求1所述的一种有机
‑
无机复合改性的高强高韧性水泥基材料，其特征在于，所述纳米纤维素包括羧基化纳米纤维素
、
羧基化纳米纤维素晶须
、
纤维素微纤丝或细菌纳米纤维素
。4.
根据权利要求1所述的一种有机
‑
无机复合改性的高强高韧性水泥基材料，其特征在于，所述引发剂包括过硫酸铵
、
过硫酸钾，或者过氧化氢
/
亚硫酸氢钠氧化还原剂，所述交联剂包括
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺
、
六亚甲基四胺
、
对苯二酚
、
聚乙烯亚胺
、
对苯二胺，或者甲基或丙烯酸二甲氨基乙酯
。5.
一种如权利要求1至4中任一所述的有机
‑
无机复合改性的高强高韧性...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，龙江峰，蔡强，徐玲琳，郭君渊，孙子璇，杨肯，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：