一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆及其制备方法

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆及其制备方法。

背景技术：

1、随着沿海地区诸如民用建筑、桥梁建筑以及岛礁工程中基础设施的不断建设，致使作为混凝土结构主要原材料之一的砂子所需量日益增多，而河砂的过度开采也导致了河砂资源匮乏，难以满足现代生活建筑施工的大量需求。与河砂相比，海砂颗粒更为坚固、级配更加适宜且含泥量更少，并且我国具有辽阔的海岸线和近海区域，为将海砂替代河砂用在现代建筑中奠定了坚定的基础。

2、然而，由于长时间浸泡在海水中，在制备水泥基材时，海砂内部的氯离子和硫酸根离子等有害性物质会渗透到结构内部，造成开裂并促使裂缝扩散，对设施的安全性和耐久性能造成严重的不利影响。目前有研究表明，碳纳米材料的填充效应使得水泥基体的微观结构致密化，氯离子固化剂发挥捕获和吸附作用，限制氯离子的迁移和渗透。因此，通过一些碳纳米材料(氧化石墨烯、碳纳米管和碳纤维分散液等)以及不同种类氯离子固化剂的添加，可使海砂替代河砂实现高强高耐久水泥基复合材料的制备。

3、然而，沿海地区的海砂混凝土建筑结构往往受海风和海水影响，有害物质会不断聚集和侵蚀结构表面，与此同时，内部微量碳纳米材料未覆盖到的薄弱区域也会慢慢地被侵蚀和开裂，从而造成海砂混凝土结构在受到较长时间侵蚀后力学性能大幅度下降，导致结构出现破坏甚至坍塌，造成极大的安全隐患和经济损失。

技术实现思路

1、为解决上述问题，进一步降低海砂砂浆电通量和氯离子扩散系数，进而提高其长期性能和耐久性，本发明提供了一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆，包括以下重量份的原料：水泥120～180份、水50～100份、细骨料320～540份、粉煤灰20～60份、pva纤维2.0～6.0份、酸化碳纳米管0.1～0.5份、聚羧酸减水剂0.6～2份、分散剂0.5～2份、有机缓凝剂2～6份、氯离子固化剂2.0～8.0份。

2、进一步地，所述水泥为强度等级≥42.5的硅酸盐水泥。

3、进一步地，所述细骨料为海砂，所述海砂的细度模量为2.4～2.6，氯离子含量<0.03％，泥块含量<1.0％。

4、进一步地，所述的粉煤灰的品质为ⅱ级，比表面积为160～320m2/kg，密度为1.8～2.4g/cm3。

5、进一步地，所述pva纤维直径为30～50μm，长度为8～12mm。

6、进一步地，所述分散剂为亲水表面活性剂。

7、进一步地，所述亲水表面活性剂为聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠中的一种或两种。

8、进一步地，所述有机缓凝剂为阴离子表面活性剂的有机溶液。

9、进一步地，所述阴离子表面活性剂为酒石酸、水杨酸、葡萄糖酸及其衍生盐中的一种或几种。

10、进一步地，所述有机溶液为乙二醇、丙三醇中的一种或两种。

11、进一步地，所述氯离子固化剂为氧化铝粉，所述氧化铝粉的比表面积≥650m2/kg，自由氯离子固化率≥70％。

12、进一步地，所述聚羧酸减水剂为粉体型，减水率≥30％。

13、进一步地，所述酸化碳纳米管的制备方法如下：将碳纳米管置于浓硫酸和浓硝酸的混合液中，120℃～130℃下加热回流1～2h后过滤，去离子水洗涤至中性即得酸化碳纳米管。

14、进一步地，所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为(3～5):1。

15、本发明还提供了所述碳纳米管改性高耐久性海砂水泥砂浆的制备方法，具体包括以下步骤：

16、s1、将酸化碳纳米管加入适量水与分散剂，超声分散后得碳纳米管悬浊液；

17、s2、将水泥、海砂、粉煤灰、氯离子固化剂加入搅拌机并混合均匀，加入所述碳纳米管悬浊液和剩余的水，继续搅拌并加入适量聚羧酸减水剂和有机缓凝剂搅拌均匀至水泥砂浆具有良好的流动性；

18、s3、将适量pva纤维均匀铺洒于水泥砂浆表面，持续缓慢搅拌3～5min使纤维完全分散后重复铺洒至pva纤维用完，在搅拌过程中观察水泥砂浆的流动性，判断继续添加聚羧酸减水剂和有机缓凝剂的时机直至全部加完并搅拌均匀即得碳纳米管改性高耐久性海砂水泥砂浆。

19、进一步地，所述s1中超声分散功率为500～1000w，超声时间为25～35min。

20、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

21、1)本发明通过pva纤维与酸化碳纳米管的复掺，使酸化碳纳米管吸附在pva纤维表面，扩大桥接和填充效应的作用范围，实现对砂浆基体内部的大小不一的裂缝薄弱区域全覆盖，使得水泥砂浆致密化，同时，pva纤维本身具备的高抗拉强度和弹性模量，会在薄弱区域相互吸附形成相对稳定的局部结构，提高海砂砂浆的抗开裂、抗拉性能以及耐久性，确保海砂砂浆在长龄期下仍然具备优异的力学性能；

22、2)本发明通过粉体氯离子固化剂的使用，在不影响海砂砂浆流动性的基础上简化了砂浆的施工工艺，不仅可以降低海砂内部原有氯离子对水泥砂浆的侵蚀，还可以依附在海砂砂浆内部的表面和薄弱区域，形成多层多梯度的网状保护层，持续阻隔和诱捕外部不断渗透的氯离子，从而提高海砂砂浆在长龄期下的抗氯离子侵蚀性能，使海砂砂浆在长龄期下仍具备优异的力学性能和耐久性能；

23、3)本发明通过pva纤维和氯离子固化剂的添加，提高了原料的分散性、亲水性和耐酸碱性，进而提高各原料与水泥的相容，使其很好地分散在混凝土和砂浆中，施工工艺简单，确保了海砂砂浆具备良好的工作性；

24、4)本发明中选用海砂作为原材料，在沿海地区的建筑工程中可以做到就近取材，不仅可以降低原材料的成本，还可以减少对内地河砂资源的进一步开采和消耗，保护了生态环境，符合可持续发展的理念；

25、5)本发明采用的原料均为市场常见产品，易于获取，有效地控制了制备成本，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆，其特征在于，包括以下重量份的原料：水泥120～180份、水50～100份、细骨料320～540份、粉煤灰20～60份、pva纤维2.0～6.0份、酸化碳纳米管0.1～0.5份、聚羧酸减水剂0.6～2份、分散剂0.5～2份、有机缓凝剂2～6份、氯离子固化剂2.0～8.0份；

2.根据权利要求1所述的一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆，其特征在于，所述pva纤维直径为30～50μm，长度为8～12mm。

3.根据权利要求1所述的一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆，其特征在于，所述分散剂为亲水表面活性剂。

4.根据权利要求5所述的一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆，其特征在于，所述亲水表面活性剂为聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆，其特征在于，所述有机缓凝剂为阴离子表面活性剂的有机溶液。

6.根据权利要求7所述的一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为酒石酸、水杨酸、葡萄糖酸及其衍生盐中的一种或几种。

7.根据权利要求7所述的一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆，其特征在于，所述有机溶液为乙二醇、丙三醇中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述的一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆，其特征在于，所述氯离子固化剂为氧化铝粉，所述氧化铝粉的比表面积≥650m2/kg，自由氯离子固化率≥70％。

9.根据权利要求1所述的一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆，其特征在于，所述聚羧酸减水剂为粉体型，减水率≥30％。

10.权利要求1-9任一项所述力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆的至鄂毕方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆及其制备方法，涉及建筑材料技术领域。本发明所述力学性能长期稳定的海砂水泥砂浆由水泥、水、细骨料、粉煤灰、PVA纤维、酸化碳纳米管、聚羧酸减水剂、分散剂、有机缓凝剂、氯离子固化剂等原料构成。本发明通过PVA纤维于氯离子固化剂的添加进一步降低了海砂砂浆的电通量和氯离子扩散系数，提高了其长期性能和耐久性，具有良好的应用前景。

技术研发人员：赵乙丁,吴发红,朱华
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16