一种超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法与流程

文档序号:25543888发布日期:2021-06-18 20:41
一种超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法与流程

本发明属于地下工程自修复材料技术领域,尤其涉及一种超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法。



背景技术:

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

水泥基材料在世界各国的社会和经济发展中起到了至关重要的作用,因其耗能低、成本低、性能优等特点,在建筑领域内得到了广泛的应用。然而,当水泥基材料在其使用寿命中暴露于恶劣的环境或负荷条件下时,常常会产生裂缝或者局部损伤,甚至可能导致结构完全破坏。为了延长水泥基材料的使用寿命,大多数国家相应的基础设施预算中都有一定比率的资金用于维修、保养和重建,这使得水泥基材料的耐久性和维修工作成为全球关注的主要问题。因此,亟需研发一种新型水泥基自修复材料,该材料需具有较优的耐久性,能提高建筑的使用年限,并且能够在一定程度上对发生的损伤进行自我修复。

据发明人了解,目前水泥基自修复材料包括微胶囊水泥基自修复材料、微生物水泥基自修复材料、工程水泥基材料(ecc)的自修复等。

微胶囊水泥基自修复材料是利用装有修复剂的微胶囊和固化剂均匀分散在水泥基材料中,当基体材料产生裂纹时,裂纹尖端的微胶囊在集中应力的作用下破裂,使得修复剂流出,在毛细作用下渗入基体的裂纹中,与分散在基体材料中的固化剂相遇,修复剂固化将裂纹修复,抑制裂纹继续扩展,达到恢复甚至提高材料强度的效果,对损伤进行自修复。但微胶囊水泥基材料也存在着一些缺点,例如需要微胶囊破裂以释放修复剂;催化剂与微胶囊的分散要与破坏区域相匹配;修复剂的存储数量有限等。

微生物水泥基自修复材料是将微生物修复剂拌入水泥基材料中,当基体材料产生裂缝后,环境中的空气、水进入裂缝,激活体眠的细菌,使基体中的微生物通过自身矿化反应将底物变为一定劲结强度的碳酸钙,从而将裂缝填充,以达到水泥基材料裂缝自修复的效果。但是,微生物自修复目前存在很多难以解决的问题,微生物在自修过程中,载体有可能会对水泥基体造成缺陷,影响水泥基体的强度和耐久性;微生物自修复是一个漫长过程,不能像其它修复方法那样可以对裂纹即时修复,而且也不能修复较宽的裂纹,微生物自修复目前还处于初步探索阶段。

ecc是一种独特的高性能纤维水泥基复合材料,具有较高的延展性,其中的纤维可以抑制局部脆性断裂,使其呈现多裂缝开裂特征,从而降低裂缝开裂宽度。目前,已成功实现将粉煤灰和磨碎的高炉矿渣用于ecc的生产中,并验证了该材料的自修复性能。由于ecc材料独特的性能及其在实现有效自修复方面的潜能,一直都激发着研究者对ecc材料的兴趣。因此,进一步改善ecc的能力的补充材料也已成为现阶段的研究热点。



技术实现要素:

针对上述现有技术中存在的问题,本发明旨在提供一种超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法。该自修复材料具有较强的吸水和保水能力等特点,吸水后仍具有较好的强度,并且能保持吸水后纤维的完整性,在水泥基材料中可以起到良好的自修复效果。

为了实现上述目的,本发明的技术方案为:

第一方面,一种超吸水纤维的制备方法,向丙烯酸溶液中添加交联剂和聚乙烯醇纤维,充分搅拌后获得前驱体;向前驱体中加入碱性溶液进行中和,再加入引发剂进行聚合反应获得超吸水纤维;所述交联剂为至少含有两个双键基团的有机物。

另一方面,一种超吸水纤维,由上述制备方法获得。

本发明的超吸水纤维含有大量的强亲水基团,具有高吸水和强保水的特性,将其应用于建筑材料领域,不仅能够提高水泥基材料的韧性,使其呈现应变硬化的特征、提高水泥基材料的抗拉、抗折强度,使其呈现多裂缝开裂特征;并且能够在一定范围内能实现水泥基材料的自修复。在水泥基材料中掺加超吸水纤维,可以为裂缝产生处提供合适的湿度环境,使得裂缝处水泥继续发生水化反应,从而实现强度恢复及裂缝自修复。

第三方面,一种上述超吸水纤维在水泥基自修复材料中的应用。

第四方面,一种超吸水纤维水泥基自修复材料,按照重量份数计,包括水泥500~1000份,水230~460份,上述超吸水纤维2~6份。

第五方面,一种上述超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法,将水泥、超吸水纤维和水混合均匀。

本发明针对水泥基材料在使用过程中会产生裂缝以及局部损伤,不仅会造成强度降低,甚至使得有害物质进入裂缝,导致结构发生破坏等现象,提供了一种超吸水纤维水泥基自修复材料,该材料利用超吸水纤维较强的吸水和保水特点,可以保证水泥基材料在水化过程中的湿度环境,使水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙与水反应生成水化硅酸钙(c-s-h),使水泥继续水化,增强其强度等特性;同时,水泥水化产生的过量的氢氧化钙,易从溶液中析出结晶,或与空气中溶于水的二氧化碳反应生成碳酸钙,在裂缝和pva纤维等易成核的部位富集,完成裂缝自修复。特别是在低温情况下,氢氧化钙和碳酸钙的溶解度很低,结晶析出会形成晶型完整的晶体。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1采用的聚乙烯醇纤维(pva)纤维的微观电镜扫描图;

图2为本发明实施例1采用的制备的超吸水pva纤维的微观电镜扫描图。

具体实施方式

应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

鉴于水泥基材料在使用过程中会产生裂缝以及局部损伤,不仅会造成强度降低,甚至使得有害物质进入裂缝,导致结构发生破坏等现象,本发明提出了一种超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法。

本发明的一种典型实施方式,提供了一种超吸水纤维的制备方法,向丙烯酸溶液中添加交联剂和聚乙烯醇纤维,充分搅拌后获得前驱体;向前驱体中加入碱性溶液进行中和,再加入引发剂进行聚合反应获得超吸水纤维;所述交联剂为至少含有两个双键基团的有机物。

至少含有两个双键基团的有机物,例如二乙烯苯、1,5-己二烯、邻苯二甲酸二烯丙酯、丁二酸二烯丙酯、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺等。本发明采用n,n’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂,吸水效果好,且水泥基自修复材料的自修复效果较好。

在一些实施例中,聚乙烯醇纤维为工程短纤维,长度5~8mm,直径10~15μm。

在一些实施例中,聚乙烯醇纤维、丙烯酸、引发剂、交联剂的质量比为:2:35.6~36.4:0.01~0.05:0.01~0.05。

在一些实施例中,丙烯酸溶液中的溶剂为水,丙烯酸与水的质量比为9:100~150。

实验结果表明,随着引发剂用量的增加,由引发剂分解的自由基增多,pva纤维与其聚合速度加快,接枝率随之增加,形成的超吸水纤维吸水能力提高。但引发剂用量过大时,导致相对分子质量降低、超吸水纤维的保水能力下降。因此本发明将引发剂的用量控制在丙烯酸质量的1~5%。

超吸水纤维的保水能力随交联度的增大而降低,为了提高超吸水纤维的保水能力,应尽可能降低材料的交联度,但交联度过低时,残余的丙烯酸自由基的含量较大,当交联剂掺加量低于1%时,pva纤维表面的接枝率过低,达不到试验高吸水要求。因此,本发明将交联剂的用量控制在丙烯酸质量的1~5%。

碱性溶液的添加量依据中和度进行计算。中和度,在本发明中是指丙烯酸被氢氧化钠中和的摩尔比。例如,80%的中和度是指80%的丙烯酸被氢氧化钠中和了。中和度的计算方法如下:

式中:

n(naoh)——氢氧化钠的物质的量;

m(naoh)——氢氧化钠的质量;

m(naoh)——氢氧化钠的相对分子质量,取40;

n(aa)——丙烯酸的物质的量;

m(aa)——丙烯酸的质量;

m(aa)——丙烯酸的相对分子质量,取72;

η——中和度。

由于聚丙烯酸分子链具有较高的柔性,分子量高时,分子量高度蜷曲,大量的羧基官能团蜷曲在内部,起不到有效的保水作用,且酸性条件下分子链上的羧基难以电离及水合,因此丙烯酸必须部分中和成盐,遇水后超吸水纤维之间才能产生静电斥力,使产物具有高的保水性能。因而,在一些实施例中,中和过程的中和度为40%~90%。

所述引发剂是指容易受热分解成自由基(即初级自由基)的化合物,可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应,包括有机过氧化物(如过氧化苯甲酰等)、无机过氧化物(如过硫酸铵等)、偶氮化合物(如偶氮二异丁腈等)等,在一些实施例中,所述引发剂为无机过氧化物引发剂。所述无机过氧化物引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。引发剂可以直接影响超吸水纤维能否顺利合成,也会影响接枝反应速率,还会影响产品储存期。采用无机过氧化物引发剂的效果更好。

在一些实施例中,丙烯酸溶液中丙烯酸的质量百分数为5%-9%。因为随着丙烯酸浓度的增加,尤其质量分数超过10%之后,pva纤维在接枝过程中反应速度会加快,发生爆聚现象,从而使丙烯酸单体难以全部参与反应,且反应速度过快容易使得分子链长度变短,从而影响超吸水pva纤维的吸水倍率。而当丙烯酸浓度低于5%时,表面接枝率会急剧降低,难以生成超吸水pva纤维。另外,可用去离子水将丙烯酸稀释至设定浓度,既方便也不会引入杂质。

本发明所述的碱性溶液采用的是氢氧化钠溶液,也可以采用氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、氨水等。在一些实施例中,所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量百分数为30~50%。加氢氧化钠的目的是控制中和度。碱液浓度太高会造成丙烯酸溶液与碱液迅速反应,放出大量热,不利于生产人员操作,影响生产效率。碱液浓度太低,会使得碱液加入量过大,纤维表面形成的胶状聚合物含水量过高,难以烘干,增加生产能耗,因此本发明优选氢氧化钠浓度为30~50%。

在一些实施例中,聚合反应的温度为70~90℃,反应时间为0.5~1h。

在一些实施例中,聚合反应后将纤维产物在无水乙醇中洗涤,过滤,烘干,得到超吸水纤维。烘干温度为60~100℃。

本发明的另一种实施方式,提供了一种超吸水纤维,由上述制备方法获得。

超吸水纤维含有大量的强亲水基团,具有高吸水和强保水的特性,将其应用于建筑材料领域,不仅能够提高水泥基材料的韧性,使其呈现应变硬化的特征、提高水泥基材料的抗拉、抗折强度,使其呈现多裂缝开裂特征;并且能够在一定范围内能实现水泥基材料的自修复。在水泥基材料中掺加超吸水纤维,可以为裂缝产生处提供合适的湿度环境,使得裂缝处水泥继续发生水化反应,从而实现强度恢复及裂缝自修复。

本发明的第三种实施方式,提供了一种上述超吸水纤维在水泥基自修复材料中的应用。

本发明的第四种实施方式,提供了一种超吸水纤维水泥基自修复材料,按照重量份数计,包括水泥500~1000份,水230~460份,上述超吸水纤维2~6份。

在一些实施例中,所述水泥为硅酸盐水泥。

在一些实施例中,水泥700~900份,水300~400份,超吸水纤维2~3份。该配比下的材料性能更好。在一种或多种实施例中,水泥800份,水368份,超吸水pva纤维2份。实验表明该配比下的材料力学性能和自修复性能均最好。

本发明的第五种实施方式,提供了一种上述超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法,将水泥、超吸水纤维和水混合均匀。

超吸水pva纤维相比于未改性的pva纤维,在新拌水泥砂浆中更易分散,防止了纤维在水泥净浆搅拌过程中的成团倾向,从而实现了纤维在水泥中的均匀分布,提高了超吸水pva纤维水泥基材料的强度及韧性。同时,超吸水pva纤维在水泥基材料自修复性能中也起着至关重要的作用,它具有吸水性能高、保水性能优等特点,相较于传统工程水泥基材料(ecc材料)的自修复性能,超吸水纤维水泥基材料可以为产生裂缝或局部损伤的水泥基材料提供足够的湿度环境,使得水泥在裂缝处能够继续发生水化反应,从而获得更优的强度恢复以及裂缝自修复效果。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案,以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

以下实施例pva纤维为工程短纤维,长度6mm,直径14μm。

实施例1

超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法,包括如下步骤:

步骤一:按质量分数计称取原材料,包括硅酸盐水泥500份,水230份,超吸水pva纤维2份。其中超吸水pva纤维的合成制备方法如下:

步骤二:取36g的丙烯酸,用去离子水释成质量分数为7.4%的丙烯酸溶液,在溶液中加入0.36g交联剂,然后将2gpva纤维(pva纤维的形貌如图1所示)均匀加入到溶液中,充分搅拌得到前驱体a。

在上述所获前驱体a中加入质量分数为30%,26.7g的氢氧化钠溶液,充分搅拌,此时中和度为40%。

加入0.36g过硫酸钾的引发剂,充分搅拌使其溶解,通过外部升温至90℃,反应30min;

将反应后的pva纤维取出,在无水乙醇中洗涤,过滤后置于温度为70℃的烘箱中烘干180min,获得最终产物超吸水pva纤维,如图2所示。

步骤三:称取0.1g超吸水pva纤维置于烧杯中,在20℃、200ml的去离子水中自由分散,浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集,自然悬挂至不滴水后称重,测得超吸水pva纤维的吸水倍率为131倍。

步骤四:将称取好的硅酸盐水泥、水、超吸水pva纤维均匀混合得到超吸水纤维水泥基自修复材料。

其中,步骤四中的超吸水pva纤维必须与水泥浆液充分混合均匀,防止因超吸水pva纤维在水泥浆液中混合不均匀,造成纤维成团,从而影响材料的强度及韧性等问题。

对本实施例制备的超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表1),预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表2、3所示:

表1超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理

表2超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势,28天的抗压强度回复率可达到82.8%。

表3超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势,28天的抗渗水压可达1.4mpa,实验证明,该超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。

实施例2

超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法,包括如下步骤:

步骤一:按质量分数计称取原材料,包括硅酸盐水泥600份,水276份,超吸水pva纤维3份。其中超吸水pva纤维的合成制备方法如下:

步骤二:取72g的丙烯酸,用去离子水稀释成质量分数为7.4%的丙烯酸溶液,在溶液中加入1.40g交联剂,然后将4gpva纤维均匀加入到溶液中,充分搅拌进行反应得到前驱体b;

在上述所获前驱体b中加入质量分数为35%,57.2g的氢氧化钠溶液,充分搅拌,此时中和度为50%;

加入1.40g过硫酸钾的引发剂,充分搅拌使其溶解,通过外部升温至90℃,反应30min;

将反应后的pva纤维取出,在无水乙醇中洗涤,过滤后置于温度为70℃的烘箱中烘干180min,获得最终产物超吸水pva纤维。

步骤三:称取0.1g超吸水pva纤维置于烧杯中,在20℃、200ml的去离子水中自由分散,浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集,自然悬挂至不滴水后称重,测得超吸水pva纤维的吸水倍率为133倍。

步骤四:将称取好的硅酸盐水泥、水、超吸水pva纤维均匀混合得到超吸水纤维水泥基自修复材料。

其中,步骤四中的超吸水pva纤维必须与水泥浆液充分混合均匀,防止因超吸水pva纤维在水泥浆液中混合不均匀,造成纤维成团,从而影响材料的强度及韧性等问题。

对本实施例制备的超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表4),预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表5、6所示:

表4超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理

表5超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势,28天的抗压强度回复率可达到75.6%。

表6超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势,28天的抗渗水压可达1.5mpa,实验证明,该超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。

实施例3

超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法,包括如下步骤:

步骤一:按质量分数计称取原材料,包括硅酸盐水泥700份,水322份,超吸水pva纤维4份。其中超吸水pva纤维的合成制备方法如下:

步骤二:取72g的丙烯酸,用去离子水稀释成质量分数为7.4%的丙烯酸溶液,在溶液中加入2.00g交联剂,然后将4gpva纤维均匀加入到溶液中,充分搅拌进行反应得到前驱体c。

在上述所获前驱体c中加入质量分数为40%,70.0g的氢氧化钠溶液,充分搅拌,此时中和度为70%。

加入2.00g过硫酸钾的引发剂,充分搅拌使其溶解,通过外部升温至90℃,反应30min。

将反应后的pva纤维取出,在无水乙醇中洗涤,过滤后置于温度为70℃的烘箱中烘干180min,获得最终产物超吸水pva纤维。

步骤三:称取0.1g超吸水pva纤维置于烧杯中,在20℃、200ml的去离子水中自由分散,浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集,自然悬挂至不滴水后称重,测得超吸水pva纤维的吸水倍率为137倍。

步骤四:将称取好的硅酸盐水泥、水、超吸水pva纤维均匀混合得到超吸水纤维水泥基自修复材料。

其中,步骤四中的超吸水pva纤维必须与水泥浆液充分混合均匀,防止因超吸水pva纤维在水泥浆液中混合不均匀,造成纤维成团,从而影响材料的强度及韧性等问题。

对本实施例制备的超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表7),预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表8、9所示:

表7超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理

表8超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势,28天的抗压强度回复率可达到82.2%。

表9超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势,28天的抗渗水压仅有1.6mpa,实验证明,该超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。

实施例4

超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法,包括如下步骤:

步骤一:按质量分数计称取原材料,包括硅酸盐水泥800份,水368份,超吸水pva纤维2份。其中超吸水pva纤维的合成制备方法如下:

步骤二:取36g的丙烯酸,用去离子水稀释成质量分数为7.4%的丙烯酸溶液,在溶液中加入0.36g交联剂,然后将2gpva纤维均匀加入到溶液中,充分搅拌进行反应得到前驱体d;

在上述所获前驱体d中加入质量分数为40%,40.0g的氢氧化钠溶液,充分搅拌,此时中和度为80%;

加入0.36g过硫酸钾的引发剂,充分搅拌使其溶解,通过外部升温至90℃,反应30min;

将反应后的pva纤维取出,在无水乙醇中洗涤,过滤后置于温度为70℃的烘箱中烘干180min,获得最终产物超吸水pva纤维。

步骤三:称取0.1g超吸水pva纤维置于烧杯中,在20℃、200ml的去离子水中自由分散,浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集,自然悬挂至不滴水后称重,测得超吸水pva纤维的吸水倍率为147倍。

步骤四:将称取好的硅酸盐水泥、水、超吸水pva纤维均匀混合得到超吸水纤维水泥基自修复材料。

其中,步骤四中的超吸水pva纤维必须与水泥浆液充分混合均匀,防止因超吸水pva纤维在水泥浆液中混合不均匀,造成纤维成团,从而影响材料的强度及韧性等问题。

对本实施例制备的超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表10),预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表11、12所示:

表10超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理

表11超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势,28天的抗压强度回复率可达到83.0%。

表12超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势,28天的抗渗水压可达1.8mpa,实验证明,该超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。

实施例5

超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法,包括如下步骤:

步骤一:按质量分数计称取原材料,包括硅酸盐水泥900份,水414份,超吸水pva纤维5份。其中超吸水pva纤维的合成制备方法如下:

步骤二:取108g的丙烯酸,用去离子水稀释成质量分数为7.4%的丙烯酸溶液,在溶液中加入4.50g交联剂,然后将6gpva纤维均匀加入到溶液中,充分搅拌进行反应得到前驱体e;

在上述所获前驱体e中加入质量分数为45%,113.4g的氢氧化钠溶液,充分搅拌,此时中和度为85%;

加入4.50g过硫酸钾的引发剂,充分搅拌使其溶解,通过外部升温至90℃,反应30min;

将反应后的pva纤维取出,在无水乙醇中洗涤,过滤后置于温度为70℃的烘箱中烘干180min,获得最终产物超吸水pva纤维。

步骤三:称取0.1g超吸水pva纤维置于烧杯中,在20℃、200ml的去离子水中自由分散,浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集,自然悬挂至不滴水后称重,测得超吸水pva纤维的吸水倍率为139倍。

步骤四:将称取好的硅酸盐水泥、水、超吸水pva纤维均匀混合得到超吸水纤维水泥基自修复材料。

其中,步骤四中的超吸水pva纤维必须与水泥浆液充分混合均匀,防止因超吸水pva纤维在水泥浆液中混合不均匀,造成纤维成团,从而影响材料的强度及韧性等问题。

对本实施例制备的超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表13),预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表14、15所示:

表13超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理

表14超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势,28天的抗压强度回复率可达到82.7%。

表15超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势,28天的抗渗水压可达1.7mpa,实验证明,该超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。

实施例6

超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法,包括如下步骤:

步骤一:按质量分数计称取原材料,包括硅酸盐水泥1000份,水460份,超吸水pva纤维6份。其中超吸水pva纤维的合成制备方法如下:

步骤二:取108g的丙烯酸,用去离子水稀释成质量分数为7.4%的丙烯酸溶液,在溶液中加入5.40g交联剂,然后将6gpva纤维均匀加入到溶液中,充分搅拌进行反应得到前驱体f;

在上述所获前驱体f中加入质量分数为50%,108.0g的氢氧化钠溶液,充分搅拌,此时中和度为90%;

加入5.40g过硫酸钾的引发剂,充分搅拌使其溶解,通过外部升温至90℃,反应30min;

将反应后的pva纤维取出,在无水乙醇中洗涤,过滤后置于温度为70℃的烘箱中烘干180min,获得最终产物超吸水pva纤维。

步骤三:称取0.1g超吸水pva纤维置于烧杯中,在20℃、200ml的去离子水中自由分散,浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集,自然悬挂至不滴水后称重,测得超吸水pva纤维的吸水倍率为142倍。

步骤四:将称取好的硅酸盐水泥、水、超吸水pva纤维均匀混合得到超吸水纤维水泥基自修复材料。

其中,步骤四中的超吸水pva纤维必须与水泥浆液充分混合均匀,防止因超吸水pva纤维在水泥浆液中混合不均匀,造成纤维成团,从而影响材料的强度及韧性等问题。

对本实施例制备的超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表16),预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表17、18所示:

表16超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理

表17超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势,28天的抗压强度回复率可达到83%。

表18超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压

由试验结果可知,随着时间的增加,超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势,28天的抗渗水压可达1.8mpa,实验证明,该超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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