[发明专利]一种水泥基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种建筑材料，特别涉及一种高强度的水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

超高性能水泥基复合材料是一般是指强度大于100MPa，具有良好的流动性能与工作性能的水泥基复合材料，在防护工程、民用高层建筑以及核废料处理等工程具有广阔的应用前景，但其致命点是强度不高，脆性大，这增加了建筑结构安全隐患，同时限制了其广泛的应用。通过掺入钢纤维、碳纤维和聚丙烯纤维等虽可以显著增加其韧性，但往往需要复配超细矿渣、粉煤灰和钢渣等，甚至添加一些早强剂和减水剂，否则无法达到超高性能水泥基复合材料的高强度和流动性要求，这样就极大的增加了生产的成本。工业副产石膏是石膏可再生资源，对其综合利用，有利于环境保护、节约能源和自然资源，符合我国可持续发展战略要求。高附加值石膏晶须集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体，具有优良的力学性能、良好的相容性、优良的平滑性，再生性能好，毒性低，可广泛用于高分子材料、建筑领域、造纸、摩擦材料和其他新兴领域。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明解决的问题是提供了一种强度高、韧性强且成本低的水泥基复合材料。

本发明的技术方案为：

一种水泥基复合材料，包括主料和辅料，主料包括普通硅酸盐水泥和矿物掺合料，辅料包括石膏晶须和晶须改性剂；主料中，矿物掺合料的质量分数为0～20％，普通硅酸盐水泥的质量分数为80％～100％；石膏晶须占主料的质量分数为：1％～4％；晶须改性剂占石膏晶须的质量分数为：0.01％～3％；所述石膏晶须的直径为1～4um，长度为150～200um。 

进一步，所述的矿物掺合料为粉煤灰、矿渣或钢渣中任意一种。

进一步，所述的晶须改性剂为EDTA、十二烷基硫酸钠、尿素、三聚磷酸钠、硫酸铝、油酸钠、磷酸钠、丙三醇、硬脂酸钠、柠檬酸和MgCl₂、柠檬酸钠、钛酸酯和硅烷偶联剂中的一种或几种。

一种水泥基复合材料的制备方法：将脱硫石膏加入到盛有水的反应釜中，控制脱硫石膏和水的质量分数比为：0.025：1～0.1：1；采用水热法，控制温度为110～200℃、压力为0.15～0.30MPa，反应时间为0.5～10h、反应釜内搅拌器的转速为100r/min～600r/min；在制备的过程中，当脱硫石膏转化为针状时，加入晶须改性剂；制备完成后即得到均匀的石膏晶须悬浮液；所述的悬浮液中石膏晶须和水的质量分数比为：0.025：1～0.1：1； 

将普通硅酸盐水泥和矿物掺合料复配，得到主料，将石膏晶须悬浮液加入到主料中，均匀搅拌，搅拌时间为6～20min；控制主料和石膏晶须悬浮液中水的质量比为5：2，即得所述的水泥基复合材料。

本发明的有益效果为：

（1）本发明中，通过一系列的步骤制备得到石膏晶须悬浮液，石膏晶须的规格为：直径为1～4um，长度为150～200um。由于这种石膏晶须的微米级规格，使大多数没有参与水化的石膏晶须紧紧穿插在水泥中，通过裂纹桥接作用增加韧性。在碱性环境下，石膏晶须可以逐渐水化并促进水泥水化，水化的石膏晶须参与水泥水化反应生成AFt，提高体系强度。

（2）从实施例的性能表可以看出，随着石膏晶须从0％到4％的增加，石膏晶须可以提高所述水泥基复合材料的强度和韧性，所述水泥基复合材料7d最高抗压强度、抗折强度和抗冲击功为74.4MPa 、10.1MPa和950J·m^-2，365d最高抗压强度、抗折强度和抗冲击功为126.6MPa 、12.8MPa和1230J·m^-2；远远超过未掺石膏晶须时的强度和韧性。

（3）本发明所述的高强度水泥基复合材料，不需要添加任何早强剂和选择超细的矿物掺合料，可以有效提高材料的强度、韧性，极大的降低了成本。

（4）从实施例的性能表可以看出，粉煤灰、矿渣和钢渣的掺入可保证水泥基复合材料的强度，有效降低水泥的用量和有利于降低生产成本和保护环境。同时，掺入少掺量微米级石膏晶须可有效提高早期强度和韧性，后期抗压强度均能达到100MPa以上。

（5）利用水热法制备石膏晶须悬浮液，将其直接掺入到水泥基材料中，可避免污染水资源、浪费电力，简化生产工艺。  

具体实施方式

实施例1：