CN108383446B - 一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料，以重量份数计，包括硅酸盐水泥90～95份、沸石咪唑酯骨架材料0.5～3份、减水剂1～3份、表面活性剂1～2份、消泡剂0.8～1.2份，其中，所述沸石咪唑酯骨架材料为ZIF‑8(Co)或ZIF‑8(Zn)。该修复材料具备超高的抗压、抗折和粘结强度等优点。

Description

一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料
技术领域
本发明涉及一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料。
背景技术
混凝土是应用最广泛的工程材料，但是在其服役期间，由于混凝土本身不密实以及抗拉和耐腐蚀能力不足，所以容易因荷载、磨损或腐蚀造成裂缝、剥落等破坏，影响到结构的安全和正常使用。
目前有很多针对破损混凝土结构的修复材料，但都适合不同的领域。例如，聚合物水泥基修复材料具有良好的耐腐蚀性能，但其早期强度较低；树脂基修复材料具有强度较高、渗透性强、耐腐蚀性极强的特点，但其与混凝土基层的粘结较差；玻璃纤维、碳纤维和聚丙烯纤维布可以改善构件的抗裂性能、提高承载能力，但造价较高，而且其修复主要在外层，不能深入混凝土内部进行修复。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料，该修复材料具备超高的抗压、抗折和粘结强度等优点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料，以重量份数计，包括硅酸盐水泥90～95份、沸石咪唑酯骨架材料0.5～3份、减水剂1～3份、表面活性剂1～2份、消泡剂0.8～1.2份，其中，所述沸石咪唑酯骨架材料为ZIF-8(Co)或者ZIF-8(Zn)。
纳米材料在混凝土领域已有较多应用，金属有机骨架材料作为一种新兴纳米材料，具备有机、无机、纳米等多重性能，但因其耐碱性较差，在混凝土制备领域鲜有研究。本发明将ZIF-8作为修复材料的添加剂，ZIF-8的耐碱性较高，能够在水泥中稳定存在；同时，ZIF-8在该材料中的作用为超细填充，并且作为晶核，显著提供了水泥基材料的水化速率和密实度，从而使修复材料具备更加良好的抗压、抗折和粘结强度等力学性能以及更加紧密的微观结构特征。
本发明的目的之二是提供一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料的制备方法，将硅酸盐水泥、沸石咪唑酯骨架材料、减水剂、表面活性剂和消泡剂加入至水中搅拌均匀即可；其中，所述硅酸盐水泥、沸石咪唑酯骨架材料、减水剂、表面活性剂和消泡剂的质量比为90～95:0.5～3:1～3:1～2:0.8～1.2，所述沸石咪唑酯骨架材料为ZIF-8(Co)或者ZIF-8(Zn)。
本发明的目的之三是提供一种上述修复材料和上述制备方法获得的修复材料在修复混凝土结构中的应用。
本发明的有益效果为：
本发明制备工艺简单，由于ZIF-8在修复材料中的超细填充和晶核作用，制得的超高强水泥基修复材料具备更加良好的抗压、抗折和粘结强度等力学性能以及更加紧密的微观结构特征，从而明显改善了修复后混凝土结构的力学和耐久性能，特别适用于因荷载、磨损和腐蚀造成的混凝土结构的修复。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在混凝土结构修复材料不能同时满足高抗压、高抗折及高粘结强度的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料。
本申请的一种典型实施方式，提供了一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料，以重量份数计，包括硅酸盐水泥90～95份、沸石咪唑酯骨架材料0.5～3份、减水剂1～3份、表面活性剂1～2份、消泡剂0.8～1.2份，其中，所述沸石咪唑酯骨架材料为ZIF-8(Co)或者ZIF-8(Zn)。
纳米材料在混凝土领域已有较多应用，金属有机骨架材料作为一种新兴纳米材料，具备有机、无机、纳米等多重性能，但因其耐碱性较差，在混凝土制备领域鲜有研究。本申请将ZIF-8作为修复材料的添加剂，ZIF-8的耐碱性较高，能够在水泥中稳定存在；同时，ZIF-8在该材料中的作用为超细填充，并且作为晶核，显著提供了水泥基材料的水化速率和密实度，从而使修复材料具备更加良好的抗压、抗折和粘结强度等力学性能以及更加紧密的微观结构特征。
优选的，ZIF-8的粒径为30～50nm。
优选的，硅酸盐水泥的比表面积为340±10m2/kg。
优选的，所述硅酸盐水泥为42.5#普通硅酸盐水泥。
优选的，所述减水剂为聚羧酸类减水剂或萘系减水剂。
进一步优选的，所述的聚羧酸减水剂的固含量为40％(质量)。
优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或硬脂酸。
优选的，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚氧丙烯甘油醚。
本申请的另一种实施方式，提供了一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料的制备方法，将硅酸盐水泥、沸石咪唑酯骨架材料、减水剂、表面活性剂和消泡剂加入至水中搅拌均匀即可，水灰比为0.2-0.4；其中，所述硅酸盐水泥、沸石咪唑酯骨架材料、减水剂、表面活性剂和消泡剂的质量比为90～95:0.5～3:1～3:1～2:0.8～1.2，所述沸石咪唑酯骨架材料为ZIF-8(Co)或者ZIF-8(Zn)。
优选的，ZIF-8的粒径为30～50nm。
优选的，所述硅酸盐水泥为42.5#普通硅酸盐水泥，比表面积为340±10m2/kg。
优选的，所述减水剂为聚羧酸类减水剂或萘系减水剂。
进一步优选的，所述的聚羧酸减水剂的固含量为40％(质量)。
优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或硬脂酸。
优选的，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚氧丙烯甘油醚。
本申请的第三种实施方式，提供了一种上述修复材料和上述制备方法获得的修复材料在修复混凝土结构中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本申请的技术方案。
实施例1
按质量分数配比取各组分：42.5#普通硅酸盐水泥95％，金属有机骨架材料(ZIF-8-Co)2.2％，聚羧酸减水剂1％，十二烷基磺酸钠1％，聚二甲基硅氧烷0.8％。
将上述各组分按水灰比0.4与水混合，搅拌均匀即可进行性能试验。
按照《建筑砂浆基本性能试验方法》，在规定条件下养护后进行抗折、抗压强度及黏结强度试验，得到3天和28天抗压强度为21.6MPa和47.6MPa，抗折强度为4.6MPa和8.3MPa，粘结强度为3.9MPa和7.3MPa。
实施例2
按质量分数配比取各组分：42.5#普通硅酸盐水泥90％，金属有机骨架材料(ZIF-8-Zn)2％，羧酸类减水剂1％，十二烷基苯磺酸钠1％，硬脂酸1％。
按照《建筑砂浆基本性能试验方法》，在规定条件下养护后进行抗折和抗压强度试验，得到3天和28天抗压强度为22.5MPa和52.6MPa，抗折强度为4.6MPa和8.3MPa，粘结强度为4.4MPa和9.2MPa。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料，其特征是，以重量份数计，包括硅酸盐水泥90～95份、沸石咪唑酯骨架材料0.5～3份、减水剂1～3份、表面活性剂1～2份、消泡剂0.8～1.2份，其中，所述沸石咪唑酯骨架材料为ZIF-8(Co)或ZIF-8(Zn)。
2.如权利要求1所述的修复材料，其特征是，ZIF-8(Co)或ZIF-8(Zn)的粒径为30～50nm。
3.如权利要求1所述的修复材料，其特征是，所述硅酸盐水泥为42.5#水泥，比表面积为340±10m2/kg。
4.如权利要求1所述的修复材料，其特征是，所述减水剂为聚羧酸类减水剂或萘系减水剂。
5.如权利要求1所述的修复材料，其特征是，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或硬脂酸；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚氧丙烯甘油醚。
6.一种金属有机骨架材料改性的超高强水泥基修复材料的制备方法，其特征是，将硅酸盐水泥、沸石咪唑酯骨架材料、减水剂、表面活性剂和消泡剂加入至水中搅拌均匀即可；其中，所述硅酸盐水泥、沸石咪唑酯骨架材料、减水剂、表面活性剂和消泡剂的质量比为90～95:0.5～3:1～3:1～2:0.8～1.2，所述沸石咪唑酯骨架材料为ZIF-8(Co)或ZIF-8(Zn)。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，ZIF-8(Co)或ZIF-8(Zn)的粒径为30～50nm。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，所述硅酸盐水泥为42.5#水泥，比表面积为340±10m2/kg。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，所述减水剂为聚羧酸类减水剂或萘系减水剂；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或硬脂酸；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚氧丙烯甘油醚。
10.一种权利要求1～5任一所述的修复材料或权利要求6～9任一所述的制备方法获得的修复材料在修复混凝土结构中的应用。
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