一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法，按质量份计，由以下组分组成：水泥500～1000份，水230～460份，聚Ca离子超吸水纤维2～6份；所述聚Ca离子超吸水纤维为丙烯酸和丙烯酸酯在交联剂的作用下，与超吸水纤维混合聚合，得到树脂；将得到的树脂经碱水解，即可。该水泥基自修复材料具有较强的吸附钙离子的能力，吸附大量钙离子之后，高浓度钙离子加速与空气中的水以及二氧化碳反应，从而生成碳酸钙起到加固裂缝的作用，并且能保持纤维的完整性，在水泥基材料中可以起到良好的自修复效果。到良好的自修复效果。到良好的自修复效果。

【技术实现步骤摘要】
一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法


[0001]本专利技术属于地下工程自修复材料
，尤其涉及一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]水泥基材料具有原料丰富、成本低廉、成产工艺简单的特点，同时，水泥基材料又具有较高的抗压强度、良好的耐久性和强度等级范围，因此被大规模应用在现代土木工程中，主要包括建筑工程、道路工程、地下工程、海洋工程等。然而，水泥基材料在长期的使用过程中以及周围复杂环境的影响下，常常会产生裂缝以及局部损伤，甚至可能导致结构完全破坏。能够及时的检测并有效的修复水泥基材料出现的裂缝以及损伤，早已是工程界重点关心的问题。在实际的水泥基材料中，往往存在很多细小的裂缝，由于检测技术和能力的局限性，很有可能检测不到这些微观的损伤。
[0004]据专利技术人了解，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等。其中，微胶囊水泥基材料存在的问题是：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。微生物在自修过程中，微生物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。目前的自修复材料的自修复能力有待提高。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法。该水泥基自修复材料具有较强的吸附钙离子的能力，吸附大量钙离子之后，高浓度钙离子加速与空气中的水以及二氧化碳反应，从而生成碳酸钙起到加固裂缝的作用，并且能保持纤维的完整性，在水泥基材料中可以起到良好的自修复效果。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥500～1000份，水230～460份，聚Ca离子超吸水纤维2～6份；
[0008]所述聚Ca离子超吸水纤维为丙烯酸和丙烯酸酯在交联剂的作用下，与超吸水纤维混合聚合，得到树脂；将得到的树脂经碱水解，即可。
[0009]第二方面，本专利技术提供所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]向丙烯酸和丙烯酸酯的混合溶液中加入交联剂和超吸水纤维，聚合得到树脂；
[0011]将树脂碱性水解，制得聚Ca离子超吸水纤维；
[0012]将聚Ca离子超吸水纤维、水泥和水按比例混合均匀，即得。
[0013]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0014]本专利技术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，提供了一种聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料，超吸水纤维具有较强的吸水以及保水特点，聚Ca离子超吸水纤维则在其基础上添加了吸附Ca离子的能力；这样不仅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，水泥未完全水化水泥基中仍存在游离的Ca离子，便能被聚Ca离子超吸水纤维吸附，这些Ca离子或与水反应生成氢氧化钙，或与空气中的溶于水的二氧化碳反应生成碳酸钙，在裂缝和纤维等易成核的部位富集，完成裂缝的自修复。
[0015]本专利技术的聚Ca离子超吸水纤维不仅含有大量的强亲水基团，还含有大量的较弱的反应基，如羟基(
‑
COOH基)，将这种材料应用到建筑领域，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；并且能够在一定程度上实现水泥基材料的自修复。在水泥基中掺加聚Ca离子超吸水纤维，不仅可以为裂缝处提供合适的湿度环境，还可以吸附更多的Ca离子，使得裂缝处的水泥继续发生水化反应，且在高浓度的Ca离子的情况下，能加速二次水化反应，从而实现水泥基材料强度的回复以及其裂缝的自修复。
[0016]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
[0017]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0018]图1是实施例1的聚乙烯醇纤维的形貌图；
[0019]图2是实施例1的超吸水PVA纤维的形貌图；
[0020]图3是实施例1的聚Ca离子超吸水PVA纤维的形貌图。
具体实施方式
[0021]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0022]第一方面，本专利技术提供一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥500～1000份，水230～460份，聚Ca离子超吸水纤维2～6份；
[0023]所述聚Ca离子超吸水纤维为丙烯酸和丙烯酸酯在交联剂的作用下，与超吸水纤维混合聚合，得到树脂；将得到的树脂经碱水解，即可。
[0024]本专利技术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，提供了一种聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料，超吸水纤维具有较强的吸水以及保水特点，聚Ca离子超吸水纤维则在其基础上添加了吸附Ca离子的能力；这样不仅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
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S
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H)，使水泥继续水化，增强其强度等特性；同时，水泥未完全水化水泥基中仍存在游离的Ca离子，便能被聚Ca
离子超吸水纤维吸附，这些Ca离子或与水反应生成氢氧化钙，或与空气中的溶于水的二氧化碳反应生成碳酸钙，在裂缝和纤维等易成核的部位富集，完成裂缝的自修复。
[0025]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。
[0026]聚Ca离子超吸水纤维含有大量的酸性基团，具有对阳离子的交换性，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。在水泥基材料中添加聚Ca离子超吸水纤维，不仅可以为裂缝处提供足够的湿度环境，还可以为裂缝处提供充足的Ca离子，使得在裂缝处水泥继续发生水化反应，从而实现强度恢复以及裂缝自修复。
[0027]在一些实施例中，所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，其特征在于：按质量份计，由以下组分组成：水泥500～1000份，水230～460份，聚Ca离子超吸水纤维2～6份；所述聚Ca离子超吸水纤维为丙烯酸和丙烯酸酯在交联剂的作用下，与超吸水纤维混合聚合，得到树脂；将得到的树脂经碱水解，即可。2.根据权利要求1所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，其特征在于：所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥700～900份，水300～400份，聚Ca离子超吸水纤维2～3份；优选的，所述水泥为硅酸盐水泥。3.根据权利要求2所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，其特征在于：所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥750～850份，水350～400份，聚Ca离子超吸水纤维2～3份；优选的，所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥800份，水368份，聚Ca离子超吸水纤维2份。4.权利要求1
‑
3任一所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：向丙烯酸和丙烯酸酯的混合溶液中加入交联剂和超吸水纤维，聚合得到树脂；将树脂碱性水解，制得聚Ca离子超吸水纤维；将聚Ca离子超吸水纤维、水泥和水按比例混合均匀，即得。5.根据权利要求4所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晨阳，张志朋，范奉帅，刘人太，杨磊，鹿伟，白继文，陈孟军，宫育安，徐先杰，李为豪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：