[发明专利]一种具有定向多孔结构的仿生水泥及其制备方法

权利要求书

1.一种具有定向多孔结构的仿生水泥的制备方法，其特征在于，该水泥具有多孔结构，其孔隙率为10%~90%，孔径为0.5μm~500μm，并且孔道在水泥中沿制备时的冷冻方向择优排列；

该方法包括以下步骤：

1）浆料配制：将水泥粉体、水和添加剂混合均匀，得到均匀分散的水泥浆料；

2）冷冻铸造：利用冷冻铸造工艺处理浆料，使浆料中的水发生定向凝固，从而将水泥粉体和添加剂排挤到冰层之间，使其定向排列；

3）坯体养护：将凝固的水泥浆料缓慢融化，得到定型的多孔水泥坯体，对坯体进行养护，得到具有定向多孔结构的仿生水泥；步骤3）中，所述的凝固的水泥浆料的缓慢融化是通过将凝固的水泥浆料从冷却铜板取下后，放置于0℃~30℃的环境中，使凝固的浆料中的冰发生缓慢融化，在此过程中水泥逐渐硬化，从而将定向多孔结构保存下来，得到定型的多孔水泥坯体；

步骤1）中，所述的水泥粉体为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的一种以上，浆料中水和水泥粉体的质量比为0.25~3；

步骤1）中，所述的添加剂包括减水剂、增稠剂和缓凝剂的一种以上；其中，减水剂为聚羧酸系高性能减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、萘系高效减水剂、木质素磺酸钙减水剂中的一种以上，添加量为水泥粉体质量的0%~3%；增稠剂为纤维素醚、聚氨酯类增稠剂、聚丙烯酸酯增稠剂中的一种以上，添加量为水泥粉体质量的0%~3%；缓凝剂为柠檬酸、酒石酸、水杨酸、葡糖糖酸钠、三聚磷酸钠中的一种以上，添加量为水泥粉体质量的0%~2%。

2.根据权利要求1所述的具有定向多孔结构的仿生水泥的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述的水泥浆料的混合工艺为机械搅拌或球磨；机械搅拌的搅拌速度为5~500rpm，搅拌时间大于3min；球磨速度为10~600rpm，球磨时间大于5min，磨球和浆料的质量比大于0.05。

3.根据权利要求1所述的具有定向多孔结构的仿生水泥的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述的冷冻铸造工艺为：将混合均匀的浆料倒入模具中，通过对模具一端进行冷却，使得浆料中的水沿模具自底向上发生定向凝固，沿凝固方向生长的冰晶将浆料中的水泥粉体和添加剂逐渐排挤到冰层之间，从而使其发生定向排列；模具的冷却通过将模具与一端浸于冷却剂中的铜板相连接来实现，冷却剂为液氮或干冰。

4.根据权利要求1所述的具有定向多孔结构的仿生水泥的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述的水泥坯体的养护是通过将水泥坯体放置于温度大于0℃、相对湿度大于90%的空气环境中或水中实现的，养护时间不少于1天；水泥坯体在养护过程中逐渐硬化，最终得到具有定向多孔结构的仿生水泥。