[发明专利]一种耐温度循环的硫磺混凝土及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种耐温度循环的硫磺混凝土及其制备方法，所述耐温度循环的硫磺混凝土按质量百分数由硫磺30％～40％、外加剂0.5％～0.8％、月壤60％～70％和纤维0.9％～1.6％组成。本发明通过加入外加剂预先对硫磺进行改性，使硫磺混凝土中硫磺与月壤集料的热膨胀系数差异减小、粘接力提高，并通过添加少量的聚乙烯纤维进一步缓解混凝土伸缩开裂，提升硫磺混凝土的耐温度循环性能，并增强混凝土对月球表面所存在大量宇宙射线的屏蔽性能。将硫磺改性工艺融入硫磺混凝土制备工艺中，技术简单易操作、建造效率高，便于月球等外太空环境下的生产使用。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种耐温度循环的硫磺混凝土及其制备方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：本世纪初叶，各国宇宙开发的目标之一是建立月球基地，以便为科学探测者长期在基地生活和工作积累经验，并弄清长期滞留宇宙所面临的问题，为载人探测火星等星体创造条件。人类若想实现载人探测宇宙天体，首要的也是最现实的一步就是必须长期居住月球的经验。长期居住月球作为一种可行的试验，可摸清人类所面临的一些问题。建设月球基地确有必要，但最大的问题是巨额的经费，只有研制出低成本的建设施工方式，月球基地的建设才可能实现。为了建设月球基地，考虑建设的成本和技术复杂度要求，应当尽可能就地利用月球材料进行建设，并具有技术简便可行的特点。月球上富含大量的陨硫铁矿FeS，可以提炼出硫磺，硫磺是月球上储量第11丰富的矿产资源，利用硫磺制备混凝土相比传统混凝土不需要用水，在极度缺水的月球上具有巨大的优势，骨料也可以利用筛分后的月岩和月壤，因此，利用硫磺混凝土可以基本实现原材料的就地取材，节约庞大的原材料运输成本，且不需要长时间的养护，建造效率高，具有非常广阔的应用前景。硫磺在约119℃时会开始融化，到148℃时变为十分粘稠的液体。而月球赤道附近的环境温度为-180℃～123℃，平均温度为-20℃，极地附近的环境温度为-60℃～-220℃。研究表明，传统硫磺混凝土经历20℃至-191℃的80个温度循环后，强度将从35MPa降低至7MPa，强度降低十分明显，并伴随着混凝土开裂等劣化现象。硫磺混凝土耐温度循环不良的缺点，将严重制约其在月球环境下的工程服役性能。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的硫磺混凝土耐温度循环不良的缺点，将严重制约其在月球环境下的工程服役性能。

解决上述技术问题的难度和意义：

从地面向月球运送1kg建筑原材料的运输成本约1百万美元，硫磺混凝土的两个最主要的成分硫磺和骨料都可以取材自月球表面，可以实现就地取材从而节约昂贵的原材料运输成本，大幅降低月球基地建设周期和费用。但是，月球表面-200℃～123℃温度循环条件下传统硫磺混凝土严重的强度劣化现象，严重制约其在月球基地中的应用，有效提高硫磺混凝土在耐温度循环性能，是月球基地建设用混凝土最大限度利用月球现地资源必须解决的问题，是月球基地长期服役性能的重要保证。但有效提高硫磺混凝土耐温度循环性能，需要从化学成分组分方面对硫磺组分的性能进行分析和改进，尽可能提高硫磺组分和骨料的温度变形的协调性，同时研制满足月球环境下的制备工艺，尽量使制备工艺条件得到降低，且制备流程简化，因此，制备过程中的改性物质的选择是解决问题的关键，并需要通过大量试验研究确定配比、温度、加热时间等关键工艺参数。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种耐温度循环的硫磺混凝土及其制备方法。

本发明是这样实现的，一种耐温度循环的硫磺混凝土，所述耐温度循环的硫磺混凝土按质量百分数由硫磺30％～40％、外加剂0.5％～0.8％、月壤60％～70％和纤维0.9％～1.6％组成。

进一步，所述外加剂为硫磺的改性组分，包含亚磷酸酯、甲基丙烯酸、氟化聚苯乙烯、六溴对二甲苯，采用按质量配比依次为2:4:5:3混合而成，外加剂添加量为硫磺质量的1.2％～2.7％。

进一步，所述月壤为月球表面实际月壤。