[发明专利]一种生态纳米颗粒增强水泥基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料和基础工程建设领域，涉及一种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20世纪80年代发展起来的一种新材料，具有超高的强度、耐久性和工作性，最先出现在法国。与普通水泥基复合材料和高性能水泥基复合材料相比，其具有优异的力学性能和耐久性，并且由于在其体系内掺加了大量的纤维，在受力开裂过程中存在多缝开裂和应变强化的过程，韧性显著提高，具有极强的阻裂能力。最近十几年来，由于其具有相同或超过金属和有机高分子材料的优异性能，超高性能水泥基复合材料进入了机械制造、电子工业以及航空航天等高技术领域，大大的拓宽了这一无机非金属材料的应用范围。可以预见，超高性能水泥基复合材料在未来必将获得更为广泛的应用。 

从上世纪80年代开始，国际上先后出现了多种超高性能水泥基复合材料。1981年，英国牛津大学冶金与材料科学系和帝国化学工业公司的科研人员，用普通水泥作为原材料，掺加一些水溶性有机聚合物，采用热压成型工艺，首先制备出抗压强度高达300MPa抗折强度高达300MPa的无宏观缺陷（MDF）水泥材料。接着，1982年，丹麦国家实验室的Bache等人首次研制出了DSP材料，全称为高致密水泥基均匀体系（Densified systern containing homogeneously arranged ultrafine particles）。该材料是一种由70%～80%水泥和20%～30%平均尺寸只有0.1～0.2μm 超细材料组成的致密和高强的胶结材料。通过优化粒径分布和加压成型，从而保证了整个粉体材料紧密地堆积，DSP材料的抗压强度可达到345MPa。然而这两种材料的耐水性极差，其中的水泥组分不是靠水化而是靠加压形成强度，因而对周围环境湿度极为敏感，当形成强度后再遇水，未水化的水泥快速水化而引起体积膨胀，导致体系开裂，使强度大幅下降，从而限制了他们的应用。1993年，RPC （Reactive Powder Concrete）的问世，在水泥基材料学术界引起了很大的震动，被认为是水泥基材料研究开发的一个重大突破。RPC是通过剔除粗骨料，掺加不同粒径的掺合料，加压成型，热养护，掺入纤维等方法制得的最高强度的可达800MPa的超高性能水泥基材料。其主要特点是高强与较大的韧性，抗折强度大幅提高，从而克服了传统水泥基材料脆性大，抗拉强度小的致命弱点。但是其成本昂贵且其成型工艺较为复杂，难以在工程中得到广泛推广，只在少数试点工程中得到了应用，例如加拿大的圣布鲁克桥、韩国的仙游桥和法国的卡尔加里轻轨车站。因此，如何制备高强度等级的超高性能水泥基复合材料，同时降低其工艺成本，始终是超高性能水泥基复合材料推广应用的技术难题。