一种高韧性水泥基材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种高韧性水泥基材料及其制备方法与应用，所述高韧性水泥基材料的制备方法包括如下步骤：将聚合物单体和水混合后，将引发剂和交联剂溶液分别加入溶液，再将抗分散剂与所得溶液混合，得到聚合溶液；将普通硅酸盐水泥加入到聚合溶液中，经搅拌后进行浇筑成型。与现有技术相比，本发明专利技术在水泥基材料中通过单体原位聚合与抗分散剂聚合物相互交织贯通于水泥基材料中形成双聚合物网络，既发挥聚合物网络吸附水泥基材料形成大分子网络结构在大高差、深水区输送过程中的分散性，同时通过其功能基团与水泥基材料的原位聚合大幅提升硬化后水泥基连接材料的抗压强度、抗折强度及韧性，并显著增强深水结构整体的抗冲击韧性与耐久性。与耐久性。与耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性水泥基材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及海洋工程
，尤其是涉及一种高韧性水泥基材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]海洋经济作为我国建设海洋强国的重要支撑，其高质量发展促进了海洋资源的开发与利用。近年来，我国海洋新兴产业如海洋生物医药业、海洋电力业增势明显，同时海洋油气、海洋电力等海洋资源的开发利用势头强劲，使得海洋工程的需求量大幅提升。高性能混凝土由于其具有高工作性，高强度和高耐久性等特点，尤其是高抗氯离子性能，在海洋工程中得到广泛应用。在实际海洋工程中，经高温预养的混凝土构件或管道在海洋中的长期安全连接是其中的关键，面对深海低温、高压、高盐、暗流涌动等的复杂环境，传统构件连接件易受腐蚀与冲击而造成损耗，从而使得威胁海洋工程寿命。
[0003]柔性构件如柔性立管在海洋工程中的应用被提出，可对海洋动力因素的影响而产生相应的动力响应，可适应海洋中的波浪与海流，从而提升其使用的耐久性。因而如何提升传统水泥基构件连接件的韧性，制备出具有良好耐久性的高韧性水泥基连接材料以提升海洋工程的耐久性，对我国海洋战略实施具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种高韧性水泥基材料及其制备方法，通过在水泥基材料中通过单体原位聚合与抗分散剂聚合物相互交织贯通于水泥基材料中形成双聚合物网络，既发挥聚合物网络吸附水泥基材料形成大分子网络结构在大高差、深水区输送过程中的分散性，同时通过其功能基团与水泥基材料的原位聚合大幅提升硬化后水泥基连接材料的抗压强度、抗折强度及韧性，并显著增强深水结构整体的抗冲击韧性与耐久性。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种高韧性水泥基材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0007]S1、将聚合物单体和水混合后，将引发剂和交联剂溶液分别加入溶液，再将抗分散剂与所得溶液混合，得到聚合溶液；
[0008]S2、将普通硅酸盐水泥加入到聚合溶液中，经搅拌后进行浇筑成型，得到高韧性水泥基材料。
[0009]进一步地，步骤S2中，浇筑成型后，带模养护24h后拆模，进行力学性能测试。
[0010]进一步地，所述养护的温度优选为20
±
3℃，湿度优选＞95％。
[0011]进一步地，步骤S1中，所述聚合物单体为丙烯酰胺单体；所述引发剂为过硫酸铵；所述交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺；所述抗分散剂为水溶性聚丙烯酰胺。
[0012]进一步地，步骤S2中，所述普通硅酸盐水泥的规格为P.Ⅰ42.5级。
[0013]进一步地，步骤S1中，所述混合方式为搅拌，优选为磁力搅拌，所述搅拌的时间优选为5～10min。
[0014]进一步地，步骤S2中，所述浇筑成型在空气中或水中进行。
[0015]进一步地，在空气中浇筑成型没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的浇注即可。
[0016]进一步地，在水中进行浇筑成型时，参照DL/T 5117
‑
2021《水下不分散混凝土试验规程》，水面与试模上部相差150mm，试模投料浇筑的时间优选为0.5～1min。
[0017]本专利技术的第二个目的是提供一种上述高韧性水泥基材料，该高韧性水泥基材料是采用上述制备方法得到的。
[0018]进一步地，所述高韧性水泥基材料包括如下重量份的原料：10～60份聚合物单体、60份水、0.2～2份引发剂、0.2～2份交联剂、1～2份抗分散剂、200份普通硅酸盐水泥。
[0019]进一步地，所述高韧性水泥基材料包括以下重量份的原料：10～60份丙烯酰胺单体、60份水、0.2～2份过硫酸铵、0.2～2份N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、1～2份抗分散剂、200份普通硅酸盐水泥。
[0020]本专利技术的第三个目的是提供一种上述高韧性水泥基材料的应用，将所述高韧性水泥基材料用于海洋工程领域。
[0021]进一步地，将所述高韧性水泥基材料用于深水结构工程连接。
[0022]本申请的机理如下：本专利技术提出了一种高韧性水泥基材料及其制备方法，通过在水泥基材料中采用原位聚合法引入聚丙烯酰胺，与抗分散剂聚合物相互交织贯通形成双聚合物网络，聚合物网络可吸附水泥基材料形成大分子网络结构在大高差、深水区输送过程中实现较好的抗分散性，同时通过其功能基团与水泥基材料的原位聚合大幅提升硬化后水泥基连接材料的抗压强度、抗折强度及韧性，显著增强深水结构整体的抗冲击韧性与耐久性。本专利技术制备的深水结构工程连接用高韧性水泥基材料具有优异的机械性能、抗冲击韧性与耐久性等特点。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下几个方面：
[0024]1)本专利技术提出的一种高韧性水泥基材料及其制备方法，具有较高的抗压强度、抗折强度与韧性，强度与耐久性大幅提升，能够用于深水结构工程连接。
[0025]2)本专利技术提出的一种高韧性水泥基材料及其制备方法，高韧性水泥基材料中，丙烯酰胺单体原位聚合网络与抗分散剂聚合物网络发挥双聚合物网络吸附水泥基材料形成大分子网络结构，提升其在大高差、深水区输送过程中的抗分散性。
[0026]3)本专利技术提出的一种高韧性水泥基材料及其制备方法，双聚合物网络中的聚合物功能基团与水泥基材料原位聚合，大幅提升硬化后水泥基连接材料的抗压强度、抗折强度及韧性，使所制备的深水结构工程连接用高韧性水泥基材料具有优异的机械性能、抗冲击韧性与耐久性。
附图说明
[0027]图1为实施例中制备的高韧性水泥基材料的抗折强度结果图。
[0028]图2为实施例中制备的高韧性水泥基材料的抗拉强度结果图。
[0029]图3为实施例中制备的高韧性水泥基材料的抗压强度结果图。
[0030]图4为实施例中制备的高韧性水泥基材料的抗折强度的力
‑
位移曲线图。
[0031]图5为实施例3制备的试件弯折柔性变形实验图。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，但绝不是对本专利技术的限制。本技术方案中如未明确说明的制备手段、材料、结构或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
[0033]如无特殊说明，本专利技术所述高韧性水泥基材料中各组分的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
[0034]其中，以下实施例和对比例中抗分散剂为昊锐化工生产的HR201聚丙烯酰胺；P.Ⅰ42.5普通硅酸盐水泥购自抚顺水泥厂。
[0035]实施例1
[0036]本实施例中的高韧性水泥基材料的制备方法包括如下步骤：
[0037]将10份(重量份，下同)丙烯酰胺单体与60份水混合搅拌，采用磁力搅拌至所有物质全部溶解；而后加入0.55份过硫酸铵，0.28份N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺混合，磁力搅拌5min，再加入1份抗分散剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S1、将聚合物单体和水混合后，将引发剂和交联剂溶液分别加入溶液，再将抗分散剂与所得溶液混合，得到聚合溶液；S2、将普通硅酸盐水泥加入到聚合溶液中，经搅拌后进行浇筑成型。2.根据权利要求1所述一种高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，浇筑成型后，带模养护24h后拆模，进行力学性能测试。3.根据权利要求1所述一种高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述养护的温度为20
±
3℃，湿度＞95％。4.根据权利要求1所述一种高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述聚合物单体为丙烯酰胺单体；所述引发剂为过硫酸铵；所述交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺；所述抗分散剂为水溶性聚丙烯酰胺。5.根据权利要求1所述一种高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述普通硅酸盐水泥的规格为P.Ⅰ42...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，陈钰婷，徐玲琳，李培振，龙江峰，杨晓杰，蔡强，何新东，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：