本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)混凝土材料用于水下工程時，會受到水帶來的沖擊以及不同有害離子物質(zhì)對混凝土的侵蝕和破壞。提高混凝土的防腐性可以通過提高混凝土的憎水性、增加混凝土的抗?jié)B透能力來解決，也可以在混凝土表面涂防腐涂料，將混凝土與周圍的腐蝕介質(zhì)隔離，達(dá)到防腐的目的。但這種方法工程造價較高，耐腐蝕時間短。

因此，近來發(fā)展出在混凝土的表面包裹一層具有優(yōu)良的抗沖擊和抗腐蝕性的砂漿的方法，起到保護(hù)混凝土的作用。一般通過在砂漿中添加纖維改善砂漿的韌性及抗裂能力，提高砂漿的抗沖擊性能，常用的有玻璃纖維、鋼纖維、碳纖維、聚丙烯纖維等。當(dāng)纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料出現(xiàn)裂縫后，纖維開始逐漸承擔(dān)起基體開裂處的全部載荷，從而使復(fù)合材料的極限彎曲強(qiáng)度得到提高，但總體來說，僅僅依靠添加纖維的方法對混凝土抗?jié)B性能和抗沖擊性能、減少微裂縫等改善有限，不能達(dá)到施工要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料及其制備方法，該水泥基復(fù)合材料具有優(yōu)良的抗?jié)B性能和抗沖擊性能，可用于嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土的防腐和抗沖擊破壞。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

提供一種抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料，所述抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料由膠凝材料、集料、鋼纖維、聚丙烯纖維、碳納米管、聚乙烯醇、減水劑、水組成，其中質(zhì)量比膠凝材料：集料：水＝1:0.8-1:0.26-0.32，以凝膠材料質(zhì)量為100份計，以下材料質(zhì)量份為：鋼纖維0.6-1.0份，聚丙烯纖維0.5-0.8份，碳納米管1-1.5份，減水劑0.5-1份，聚乙烯醇0.18-0.32份。

按上述方案，所述膠凝材料按重量百分比計，其原料組成如下：水泥54-60％，礦粉15-22％，粉煤灰13-20％，硅灰2-6％。礦物摻合料能夠改善砂漿的防腐性能，摻和料的比例對抗?jié)B有較大影響。

按上述方案，所述水泥為42.5R的普通硅酸鹽水泥；所述礦粉為S95級礦粉，其比表面積>0.4m²/g，28d活性指數(shù)大于72％；所述粉煤灰為二級粉煤灰，比表面積>1.2m²/g，28d抗壓強(qiáng)度比>60％；所述硅灰中二氧化硅含量不低于83％，燒失量小于5％，火山灰活性指數(shù)大于82％，比表面積不小于22m²/g。

按上述方案，所述集料為特細(xì)砂，細(xì)度模數(shù)為1.8-0.8，平均粒徑為0.025mm以下，表觀密度為2563kg/m3，含泥量不超過2.5％。

按上述方案，所述鋼纖維長度為12-15mm，直徑為0.18-0.23mm，密度7500Kg/m^-3，抗拉強(qiáng)度>2500MPm，彈性模量>200GPa，斷裂延伸率<4.0％。

按上述方案，所述聚丙烯纖維直徑為20μm，長度為10-12mm，拉伸強(qiáng)度>630MPa，彈性模量>4.0GPa，斷裂延伸率<18％。

按上述方案，所述碳納米管中納米碳纖維含量>99.3％，管徑為15-20nm，長度為10-30μm，比表面積>200m²/g。納米尺寸的纖維應(yīng)用于水泥基復(fù)合材料，尤其是納米碳纖維、碳納米管和石墨烯等，明顯改善了水泥基復(fù)合材料的韌性。與傳統(tǒng)的鋼筋和纖維相比，納米材料的優(yōu)勢在于納米尺寸的微粒或者纖維作為增強(qiáng)材料，在水泥水化的開始階段能阻止微裂縫的形成和擴(kuò)展。

按上述方案，所述聚乙烯醇固含量>99.0％。在砂漿中添加聚合物乳膠(聚乙烯醇)能達(dá)到提高砂漿抗沖擊性能的作用，聚合物顆粒能夠均勻的分布在水泥漿體中，混合物中較大空隙被有粘性的聚合物所填充。聚合物結(jié)構(gòu)把水泥石連接在一起，即水泥石與聚合物交織纏繞在一起，因而改善了體系的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

按上述方案，所述減水劑為聚羧酸減水劑，其固含量大于96％。

本發(fā)明還提供上述抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下：將膠凝材料、集料、鋼纖維、聚丙烯纖維、碳納米管、聚乙烯醇、減水劑和水按比例稱重，先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料。

本發(fā)明的有益效果在于：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料通過復(fù)摻礦物摻合料(礦粉，粉煤灰，硅灰)和聚合物(聚乙烯醇)，使混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實，從而能夠有效地控制侵蝕性離子在混凝土結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散速率。另外，砂漿中加入了鋼纖維、聚丙烯纖維和碳納米管，利用傳統(tǒng)纖維和納米纖維合理復(fù)摻能夠提高砂漿的韌性，本發(fā)明提供的抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料具有良好的抗?jié)B性能(28d抗?jié)B壓力達(dá)0.6-0.7MPa)和抗沖擊性能(28d沖擊韌性達(dá)3208.49-3450.61N·m，初裂后繼續(xù)吸收能量的能力達(dá)373.13-394.57N·m)，適用于水下等嚴(yán)酷環(huán)境；本發(fā)明制備方法簡單，成本低廉，易于施工，采用優(yōu)選的加料方式有利于復(fù)合材料成型，并且后期性能較好，能夠最優(yōu)化利用復(fù)摻纖維的功能。

具體實施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明實施例所用水泥為42.5R的普通硅酸鹽水泥；所用礦粉為S95級礦粉，其比表面積0.5m²/g，28d活性指數(shù)為75％；所用粉煤灰為二級粉煤灰，比表面積1.3m²/g，28d抗壓強(qiáng)度比71％；所用硅灰中二氧化硅含量85％，燒失量4％，火山灰活性指數(shù)84％，比表面積25m²/g；所用特細(xì)砂細(xì)度模數(shù)為1.1，平均粒徑為0.020mm，表觀密度為2563kg/m³，含泥量2.1％；所用鋼纖維長度為12mm，直徑為0.20mm，密度7500Kg/m^-3，抗拉強(qiáng)度2600MPm，彈性模量210GPa，斷裂延伸率3.5％；所用聚丙烯纖維直徑為20μm，長度為10mm，拉伸強(qiáng)度650MPa，彈性模量4.5GPa，斷裂延伸率15％；所用碳納米管中納米碳纖維含量99.5％，管徑為20nm，長度為15μm，比表面積220m²/g，聚乙烯醇的固含量為99.2％，聚羧酸減水劑的固含量是98.4％。

實施例1

制備抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料，其原料及用量如下：水泥270g、粉煤灰90g、礦粉67.5g、硅灰22.5g、特細(xì)砂360g、鋼纖維3.6g、聚丙烯纖維2.7g、碳納米管5.4g、聚乙烯醇0.9g、聚羧酸減水劑3.6g、水117g。先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料(砂漿)。

參照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)對本實施例所得水泥基復(fù)合材料進(jìn)行測試，砂漿的抗?jié)B性測試結(jié)果：28d抗?jié)B壓力為0.6MPa?？箾_擊性能測試結(jié)果：28d抗沖擊韌性W＝3324.83N·m，初裂后繼續(xù)吸收能量的能力ΔW＝386.28N·m。

實施例2

制備抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料，其原料及用量如下：水泥261g、粉煤灰81g、礦粉81g、硅灰27g、特細(xì)砂360g、鋼纖維3.15g、聚丙烯纖維2.25g、碳納米管4.5g、聚乙烯醇1.5g、減水劑3.15g、水117g。先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料(砂漿)。

參照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)對本實施例所得水泥基復(fù)合材料進(jìn)行測試，砂漿的抗?jié)B性測試結(jié)果：28d抗?jié)B壓力為0.7MPa?？箾_擊性能測試結(jié)果：28d抗沖擊韌性W＝3450.61N·m，初裂后繼續(xù)吸收能量的能力ΔW＝394.57N·m。

實施例3

制備抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料，其原料及用量如下：水泥252g、粉煤灰85.5g、礦粉90g、硅灰27g、特細(xì)砂450g、鋼纖維4.05g、聚丙烯纖維2.25g、碳納米管5.4g、聚乙烯醇1.13g、減水劑2.7g、水144g。先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料(砂漿)。

參照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)對本實施例所得水泥基復(fù)合材料進(jìn)行測試，砂漿的抗?jié)B性測試結(jié)果：28d抗?jié)B壓力為0.6MPa?？箾_擊性能測試結(jié)果：28d抗沖擊韌性W＝3208.49N·m，初裂后繼續(xù)吸收能量的能力ΔW＝373.13N·m。

實施例4

制備抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料，其原料及用量如下：水泥243g、粉煤灰90g、礦粉90g、硅灰27g、特細(xì)砂450g、鋼纖維4.5g、聚丙烯纖維3.15g、碳納米管4.5g、聚乙烯醇1.35g、減水劑3.15g、水144g。先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料(砂漿)。

參照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)對本實施例所得水泥基復(fù)合材料進(jìn)行測試，砂漿的抗?jié)B性測試結(jié)果：28d抗?jié)B壓力為0.7MPa。抗沖擊性能測試結(jié)果：28d抗沖擊韌性W＝3292.16N·m，初裂后繼續(xù)吸收能量的能力ΔW＝379.45N·m。

實施例5

制備抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料，其原料及用量如下：水泥270g、粉煤灰58.5g、礦粉99g、硅灰22.5g、特細(xì)砂450g、鋼纖維4.1g、聚丙烯纖維3.15g、碳納米管4.7g、聚乙烯醇1.28g、減水劑3.15g、水144g。先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料(砂漿)。

參照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)對本實施例所得水泥基復(fù)合材料進(jìn)行測試，砂漿的抗?jié)B性測試結(jié)果：28d抗?jié)B壓力為0.7MPa?？箾_擊性能測試結(jié)果：28d抗沖擊韌性W＝3278.16N·m，初裂后繼續(xù)吸收能量的能力ΔW＝374.13N·m。

由以上實施例可知本發(fā)明提供的抗沖擊防腐水泥基復(fù)合材料具有良好的抗?jié)B性能(28d抗?jié)B壓力達(dá)0.6-0.7MPa)和抗沖擊性能(28d沖擊韌性達(dá)3208.49-3450.61N·m，初裂后繼續(xù)吸收能量的能力達(dá)373.13-394.57N·m)，適用于水下等嚴(yán)酷環(huán)境。