CN111499295B - 一种高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料，添加有结构为硅藻土包覆膨胀石墨且石蜡吸附于硅藻土和膨胀石墨孔隙内的相变复合材料。本发明的添加有结构为硅藻土包覆膨胀石墨且石蜡吸附于硅藻土和膨胀石墨孔隙内的相变复合材料的蒸养水泥基材料，在解决现有相变材料与水泥基材料兼容性差，且对水泥基材料力学性能有显著负面效应的前提下，能显著提高蒸养水泥基材料的抗水吸附性能，改善蒸养水泥基材料的耐久性，增强蒸养混凝土的结构服役寿命。

Description

一种高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种蒸养水泥基材料及其制备方法，具体涉及一种添加有结构为硅藻土包覆膨胀石墨且石蜡吸附于硅藻土和膨胀石墨孔隙内的相变复合材料的具有高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料及其制备方法。
背景技术
通常，蒸汽养护是提高预制混凝土早期强度的一种技术。蒸养混凝土具有早期强度高，制作工艺简单，产品质量可控等特点。近年来，蒸养混凝土被广泛用于制作高速铁路基础结构的预制构件，如梁、轨道板和轨枕。蒸养过程中，较高温度环境在促进水泥早期水化的同时，也会对其内部微结构产生影响，导致混凝土内部结构的损伤。蒸养过程中，混凝土会产生孔隙粗化、肿胀变形、表层伤损和热脆化，水泥石及粗骨料界面过渡区会出现裂缝等损伤情况。这些损伤情况对蒸养混凝土的力学及耐久性能带来不利影响。随着养护温度增加，混凝土的抗冲击次数和拉压比降低；蒸养混凝土的毛细吸水量及吸水速率增大；氯离子渗透性增加，混凝土内氯离子浓度增大；蒸养混凝土的抗碳化性和抗冻性能也严重降低。所以，如何有效的改善蒸养混凝土的耐久性能显得非常重要。
目前，调整蒸养制度和掺加矿物掺合料是主要的改善措施。蒸养制度分为预养阶段、升温阶段、恒温阶段和降温阶段。延长预养时间可以有效改善水泥石的孔结构和降低蒸养混凝土肿胀变形等，但将影响生产效率；提高升温速率或者增加恒温时间和温度，会增大孔隙率，增加有害孔的数量，不利于改善蒸养混凝土的耐久性能。掺入适当的矿物掺合料在一定程度上可以改善蒸养混凝土的孔结构，降低蒸汽养护对混凝土力学和耐久性的不利影响。但矿物掺合料的改善作用受矿物掺合料的种类和掺量限制。蒸养条件下不同矿物掺合料对水泥浆体水化进程的影响是显著不同的，矿物掺合料的加入常常会影响蒸养混凝土的早期强度的发展。实际生产中后续养护条件不能达到实验室条件，也会限制矿物掺合料有效作用的发挥。所以，掺入矿物掺合料也不是改善蒸养水泥基材料热伤损现象的理想方法。
相变材料是一种蓄热储能材料。由于相变过程中相变材料的高储热密度和小的体积变化特点，相变材料已逐渐成为建筑储能的方法。目前，相变材料在水泥基材料中的应用进行了一些研究。已有发现，相变材料可以降低水泥基材料的水化温度、延迟达到最大水化温度的时间，有助于减小结构中热效应引起的最大拉应力，从而减少水泥基材料的热裂纹。另外，相变材料可以增强水泥基材料的抗渗水性，改善水泥基材料的体积稳定性和冻融性能，但是相变材料对水泥基材料力学性能有着消极作用。通常，相变材料降低混凝土力学性能的主要原因有：相变材料自身强度低、密度小；相变材料与水泥基材料兼容性差。因此，制备一种可以与水泥基材料兼容性良好的相变材料，在解决现有相变材料与水泥基材料兼容性差，且对水泥基材料力学性能有显著负面效应的前提下，改善蒸养水泥基材料的耐久性，提升蒸养混凝土结构服役寿命，是非常重要的。
发明内容
为了解决现有蒸养水泥基材料存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料，添加有结构为硅藻土包覆膨胀石墨且石蜡吸附于硅藻土和膨胀石墨孔隙内的相变复合材料，在解决现有相变材料与水泥基材料兼容性差，且对水泥基材料力学性能有显著负面效应的前提下，能显著提高蒸养水泥基材料的抗水吸附性能，改善蒸养水泥基材料的耐久性，增强蒸养混凝土的结构服役寿命。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料，添加有结构为硅藻土包覆膨胀石墨且石蜡吸附于硅藻土和膨胀石墨孔隙内的相变复合材料。
作为优选，所述相变复合材料中，膨胀石墨与硅藻土的质量比为1：27～1：35；膨胀石墨和硅藻土的总质量与石蜡的质量比为1：4.7～1：6.6。
作为优选，所述相变复合材料占蒸养水泥基材料体积的0.5～3.0％。
作为优选，所述相变复合材料的制备过程为：将膨胀石墨分散于无水乙醇中超声分散，然后加入硅藻土，依次通过二次超声分散、高速搅拌、蒸发乙醇、干燥得到相变复合材料载体(D/EG)；再将石蜡熔融后加入所述相变复合材料载体即得相变复合材料(D/EG/P)。
作为优选，所述的膨胀石墨为200目可膨胀石墨在高温炉中快速膨胀得到；所述高温炉为马弗炉，温度为850℃～1000℃；快速膨胀为30s～1min；所述的硅藻土为工业级，硅藻土的细度范围为100～200目；所述的石蜡为烷烃，熔点是45～60℃。
作为优选，所述的膨胀石墨与硅藻土的质量比为1：27～1：35；所述的膨胀石墨与无水乙醇的投入比为：1g：450ml～1g：650ml；所述的膨胀石墨在使用前在105℃的真空干燥箱内干燥24h；所述的硅藻土在使用前在105℃的鼓风干燥箱内干燥24h。
作为优选，所述的超声分散时间为20min～30min，二次超声分散时间为50min～60min；所述的高速搅拌速率为1000r/min～1500r/min，时间为50min～70min，温度为20℃～40℃；所述的蒸发乙醇的温度为80℃～100℃；所述的干燥过程为在105℃恒温鼓风干燥箱中干燥24h～48h。
作为优选，所述的石蜡熔融后加入所述相变复合材料载体的具体过程为：相变复合材料载体(D/EG)放置在90～100℃的负压环境中，加入熔融后的石蜡，依次经过负压环境、大气压环境下的渗透后，得到D/EG/P溶液；再将D/EG/P溶液进行过滤、干燥、研磨和筛分即得相变复合材料(D/EG/P)。
作为优选，所述的相变复合材料载体(D/EG)与石蜡的质量比为1：4.7～1：6.6；所述熔融后的石蜡为在80～100℃的温度下融化为液态的石蜡。
作为优选，所述负压环境的真空度为30kpa；负压环境的控制时间为70min～120min；大气压环境的控制时间为30min～60min。
作为优选，所述干燥过程为在80℃下真空干燥72h或者120～150℃下真空干燥24h；所述筛分过程为过300μm的标准筛。
本发明还提供了上述高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料的制备方法，按质量百分比计，由54.32～55.24wt％的骨料、33.48～34.05wt％的水泥、10.05～10.22wt％的水、0.18～0.27wt％的减水剂和相变复合材料制得，相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的0.5～3.0％，各原料质量百分比之和为1；其具体制备过程为：将各原料按配比分别称量，再将称量好的原料在搅拌机中搅拌成型，然后将成型好的试件放入蒸汽养护箱，按照蒸汽养护制度养护后，取出试件脱模后放入温度为(20±1)℃、湿度大于90％的标准养护室养护至测试龄期，即可得到高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料。
作为优选，所述的骨料为河砂，中砂，细度模数为2.7，表观密度为2.65g/cm3；所述的水泥为P I 42.5的基准水泥，比表面积为3400cm2/g，表观密度为3.15g/cm3；所述的减水剂为聚羧酸盐高效减水剂，固含量30％，减水率为28％～32％。
作为优选，所述的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料的具体制备方法包括：
(1)成型工艺：将各原料配比称量配料，先将称量好的骨料、基准水泥和相变复合材料倒入搅拌锅中低速搅拌1分钟，然后加入减水剂和水的混合液，继续低速搅拌2分钟，最后高速搅拌2分钟得水泥砂浆，转速符合《行星式水泥胶砂搅拌机》(JC/T 681-2005)的要求；将拌好的水泥砂浆分两次加入模具中，使用振动台移除水泥砂浆内的气泡，试件成型完毕；
(2)养护工艺：将成型好的试件放入蒸汽养护箱，按照20℃预养护2小时，2小时匀速升温到60℃，60℃恒温8小时，恒温结束后自然冷却的蒸汽养护制度共养护13小时，然后取出脱模；试件脱模后放入温度为(20±1)℃、湿度大于90％的标准养护室养护至测试龄期，即可得到高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料。
石蜡是有机固-液相变材料，化学性质稳定，不与酸或碱溶液发生反应，无毒、无相分离和过冷现象，且成本低，但石蜡热导率较低，相变过程中的传热性能差，且固-液相变过程中会发生液体泄漏。本发明采用膨胀石墨改善石蜡的导热性能，先将硅藻土与膨胀石墨均匀混合形成相变复合材料的载体，熔融后的石蜡浸入载体的孔隙内，同时石蜡也将硅藻土紧紧粘附在膨胀石墨表面，使得硅藻土对石墨进行包覆，得到一种与水泥基材料兼容性良好的结构为硅藻土包覆膨胀石墨且石蜡吸附于硅藻土和膨胀石墨孔隙内的相变复合材料(D/EG/P)，在解决现有相变材料与水泥基材料兼容性差，且对水泥基材料力学性能有显著负面效应的前提下，还能显著提高蒸养水泥基材料的抗水吸附性能，改善蒸养水泥基材料的耐久性，增强蒸养混凝土的结构服役寿命。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
(1)本发明通过硅藻土包覆膨胀石墨和石蜡相变复合材料，改善了相变材料与水泥基材料兼容性差的问题，显著降低了相变材料对水泥基材料力学性能的不利影响。利用相变复合材料D/EG/P制备蒸养水泥基材料的制备方法，制备的蒸养水泥砂浆仍具有良好的力学性能。
(2)本发明的相变复合材料D/EG/P制备的蒸养水泥基材料，能充分利用D/EG-P与水泥基体的良好粘结，以及D/EG/P的疏水性特点，显著提高蒸养水泥基材料的抗水吸附性能。在水中浸泡7天后，含有D/EG/P的蒸养水泥砂浆的吸水率降低，只占普通蒸养砂浆吸水率的42.34％，占标养普通砂浆吸水率的55.96％，抗水吸附性能非常明显。
(3)本发明制备方法工艺简单易操作，原料来源广泛，成本低廉，实用性好。
(4)本发明制备的相变复合材料D/EG/P为固体粉末、粒径小，便于掺入水泥基材料；且该相变复合材料热稳定好，潜热适中。
附图说明
图1为本发明实施例1中D/EG的扫描电镜(SEM)照片；
图2为本发明实施例1中D/EG/P相变复合材料的扫描电镜(SEM)照片；
图3为本发明实施例1中D/EG/P相变复合材料的光学显微镜照片；
图4为本发明实施例1中D/EG/P相变复合材料和纯石蜡(P)的差式扫描量热(DSC)变化图；
图5为本发明实施例2中D/EG/P相变复合材料的黑色粉末照片；
图6为本发明实施例2中D/EG/P相变复合材料和纯石蜡(P)的热稳定性图；
图7为本发明对比例1中样品五的蒸养砂浆试件的扫描电镜(SEM)图片；
图8为本发明实施例1中样品一的蒸养砂浆试件的扫描电镜(SEM)图片；
图9为浸泡时间与蒸养砂浆试件吸水率的关系图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，下面结合实施例进一步说明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明的限定。
实施例1
1、相变复合材料的载体D/EG的制备
将1g 200目可膨胀石墨在900℃下膨胀30s的膨胀石墨加入500ml无水乙醇中超声分散30min，然后加入31g细度为120目的硅藻土，继续超声波分散50min，期间也采用玻璃棒进行搅拌，得到D/EG混合新液。将得到的D/EG混合新液在30℃和1500r/min速率下持续搅拌60min，得到D/EG混合液。将得到的混合液在100℃下蒸发无水乙醇后，冷却至室温。将得到的潮湿的固体粉末D/EG置于105℃的烘箱中干燥24h，得到灰色粉末相变复合材料的载体D/EG。由图1所见，硅藻土与膨胀石墨混合均匀。
2、相变复合材料D/EG/P的制备
首先，将熔点为58℃的368g石蜡在90℃下逐渐融化成液体。将60g D/EG放入密闭容器中，水浴加热90℃保持密闭容器恒温，同时利用真空泵将密闭容器抽真空，真空度为30kpa，排出载体孔隙中的气体，负压环境持续70min。然后将已融化的石蜡通过连通管加入密闭容器中，继续保持负压环境50min。之后密闭容器恢复至大气压环境，持续45min，得到D/EG-P溶液。将所得的D/EG-P溶液进行过滤后，在80℃下真空干燥72h后得到相应的固体产物。将所得的固体产物经研磨和筛分后，得到黑色粉末的相变复合材料D/EG-P。由图2和3所见，硅藻土成功的包覆在膨胀石墨的表面，并且石蜡吸附于孔隙内。
由图4可见，纯石蜡(P)在60.05℃时显示吸热熔融峰，熔融潜热为160.8J/g，在53.77℃时显示放热结晶峰，凝固潜热为145.9J/g。实施例1相变复合材料D/EG/P在57.66℃时显示吸热熔融峰，熔融潜热为57.71J/g，在52.81℃时显示放热结晶峰，凝固潜热为58.99J/g。
3、高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)原材料准备
水泥，选取市售的符合国家标准的基准水泥P I 42.5；相变复合材料，选用本实施例制得的相变复合材料(D/EG/P)，以外掺的形式直接掺入蒸养水泥基材料，掺量以其占蒸养水泥基材料体积的百分比计，掺量分别为1％和2％，表观密度1.485～1.525g/cm3，熔融峰温度为57.10～58.20℃，熔融潜热为56.30～59.50J/g；骨料，选取市售的符合标准GB/T14684-2011《建筑用砂》的河砂，中砂，细度模数为2.7，表观密度为2.65g/cm3，清洗烘干后备用；减水剂，选用聚羧酸盐高效减水剂，具体配比如表1所示：
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的1％时，其各原料为1314kg/m3的骨料、810kg/m3的水泥、15.04kg/m3的相变复合材料、243kg/m3的水和4.982kg/m3的减水剂；
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的2％时，其各原料为1314kg/m3的骨料、810kg/m3的水泥、30.08kg/m3的相变复合材料、243kg/m3的水和5.994kg/m3的减水剂。
(2)高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料制备方法
将预制的相变复合材料D/EG-P、水泥、砂子、高效减水剂和水，按各原料所占质量百分比分别称取，并且称好的减水剂和水混合均匀；先将称量好的水泥、砂子和相变复合材料D/EG-P倒入搅拌锅中低速搅拌1分钟，然后加入减水剂和水的混合液，继续低速搅拌2分钟，最后高速搅拌2分钟，转速符合《行星式水泥胶砂搅拌机》(JC/T 681-2005)的要求；将拌好的水泥砂浆分两次加入模具中，使用振动台移除砂浆内的气泡；完成成型。
将成型好的试件放入蒸汽养护箱，按照20℃预养护2小时，2小时匀速升温到60℃，60℃恒温8小时，恒温结束后自然冷却的蒸汽养护制度共养护13小时，然后取出脱模；试件脱模后放入标准养护室(温度(20±1)℃，湿度大于90％)养护至测试龄期，即得高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料；
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的1％时，制得的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料记为样品一；
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的2％时，制得的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料记为样品二。
实施例2
1、相变复合材料的载体D/EG的制备
将1g 200目可膨胀石墨在900℃下膨胀1min的膨胀石墨加入550ml无水乙醇中超声分散20min，然后加入34.7g细度为120目的硅藻土，继续超声波分散60min，期间也采用玻璃棒进行搅拌，得到D/EG混合新液。将得到的D/EG混合新液在30℃和1300r/min速率下持续搅拌70min，得到D/EG混合液。将得到的混合液在100℃下蒸发无水乙醇后，冷却至室温。将得到的潮湿的固体粉末D/EG置于105℃的烘箱中干燥24h，得到灰色粉末相变复合材料的载体D/EG。
2、相变复合材料D/EG/P的制备
首先，将熔点为58℃的220g石蜡在90℃下逐渐融化成液体。将40g D/EG放入密闭容器中，水浴加热90℃保持密闭容器恒温，同时利用真空泵将密闭容器抽真空，真空度为30kpa，排出载体孔隙中的气体，负压环境持续60min。然后将已融化的石蜡通过连通管加入密闭容器中，继续保持负压环境40min。之后密闭容器恢复至大气压环境，持续45min，得到D/EG/P溶液。将所得的D/EG/P溶液进行过滤后，在80℃下真空干燥72h后得到相应的固体产物。将所得的固体产物经研磨和筛分后，得到黑色粉末相变复合材料D/EG/P。由图5所见，相变复合材料D/EG/P呈黑色粉末状，且颗粒细小均匀；通过激光衍射测试该材料的粒径分布，得到D/EG/P的中值粒径(d50)为32.262μm。另外，制备得到的相变复合材料D/EG/P在57.53℃时显示吸热熔融峰，熔融潜热为59.01J/g，在52.75℃时显示放热结晶峰，凝固潜热为59.82J/g。由图6可见，纯石蜡(P)的热分解发生在161-342℃范围内，相变复合材料D/EG/P的热分解发生在222℃-325℃范围内；载体D/EG的加入提高了石蜡的热稳定性。
3、高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)原材料准备
水泥，选取市售的符合国家标准的基准水泥P I 42.5；相变复合材料，选用本实施例制得的相变复合材料(D/EG/P)，以外掺的形式直接掺入蒸养水泥基材料，掺量以其占蒸养水泥基材料体积的百分比计，掺量分别为1％和2％，表观密度1.485～1.525g/cm3，熔融峰温度为57.10～58.20℃，熔融潜热为56.30～59.50J/g；骨料，选取市售的符合标准GB/T14684-2011《建筑用砂》的河砂，中砂，细度模数为2.7，表观密度为2.65g/cm3，清洗烘干后备用；减水剂，选用聚羧酸盐高效减水剂，具体配比如表1所示：
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的1％时，其各原料为1314kg/m3的骨料、810kg/m3的水泥、15.04kg/m3的相变复合材料、243kg/m3的水和4.982kg/m3的减水剂；
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的2％时，其各原料为1314kg/m3的骨料、810kg/m3的水泥、30.08kg/m3的相变复合材料、243kg/m3的水和5.994kg/m3的减水剂。
(2)高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料制备方法
将预制的相变复合材料D/EG/P、水泥、砂子、高效减水剂和水，按各原料所占质量百分比分别称取，并且称好的减水剂和水混合均匀；先将称量好的水泥、砂子和相变复合材料D/EG/P倒入搅拌锅中低速搅拌1分钟，然后加入减水剂和水的混合液，继续低速搅拌2分钟，最后高速搅拌2分钟，转速符合《行星式水泥胶砂搅拌机》(JC/T 681-2005)的要求；将拌好的水泥砂浆分两次加入模具中，使用振动台移除砂浆内的气泡；完成成型。
将成型好的试件放入蒸汽养护箱，按照20℃预养护2小时，2小时匀速升温到60℃，60℃恒温8小时，恒温结束后自然冷却的蒸汽养护制度共养护13小时，然后取出脱模；试件脱模后放入标准养护室(温度(20±1)℃，湿度大于90％)养护至测试龄期，即得高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料；
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的1％时，制得的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料记为样品三；
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的2％时，制得的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料记为样品四。
对比例1
1、相变复合材料EG/P的制备
首先，将熔点为58℃的200g石蜡在90℃下逐渐融化成液体。将2.5g EG放入密闭容器中，水浴加热90℃保持密闭容器恒温，同时利用真空泵将密闭容器抽真空，真空度为30kpa，排出载体孔隙中的气体，负压环境持续60min。然后将已融化的石蜡通过连通管加入密闭容器中，继续保持负压环境40min。之后密闭容器恢复至大气压环境，持续45min，得到EG/P溶液。将所得的EG/P溶液进行过滤后，在150℃下真空干燥24h后得到相应的固体产物。将所得的固体产物经研磨和筛分后，得到相变复合材料EG-P。
2、蒸养水泥基材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)原材料准备
水泥，选取市售的符合国家标准的基准水泥P I 42.5；相变复合材料，选用本对比例制得的相变复合材料(EG/P)，以外掺的形式直接掺入蒸养水泥基材料，掺量以其占蒸养水泥基材料体积的百分比计，掺量分别为1％和2％；骨料，选取市售的符合标准GB/T14684-2011《建筑用砂》的河砂，中砂，细度模数为2.7，表观密度为2.65g/cm3，清洗烘干后备用；减水剂，选用聚羧酸盐高效减水剂，具体配比如表1所示：
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的1％时，其各原料为1314kg/m3的骨料、810kg/m3的水泥、10.69kg/m3的相变材料、243kg/m3的水和3.969kg/m3的减水剂；
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的2％时，其各原料为1314kg/m3的骨料、810kg/m3的水泥、21.38kg/m3的相变材料、243kg/m3的水和4.212kg/m3的减水剂。
(2)蒸养水泥基材料制备方法
将预制的相变复合材料EG/P、水泥、砂子、减水剂和水，按各原料所占质量百分比分别称取，并且称好的减水剂和水混合均匀；先将称量好的水泥、砂子和相变复合材料EG/P倒入搅拌锅中低速搅拌1分钟，然后加入减水剂和水的混合液，继续低速搅拌2分钟，最后高速搅拌2分钟，转速符合《行星式水泥胶砂搅拌机》(JC/T 681-2005)的要求；将拌好的水泥砂浆分两次加入模具中，使用振动台移除砂浆内的气泡；完成成型。
将成型好的试件放入蒸汽养护箱，按照20℃预养护2小时，2小时匀速升温到60℃，60℃恒温8小时，恒温结束后自然冷却的蒸汽养护制度共养护13小时，然后取出脱模；试件脱模后放入标准养护室(温度(20±1)℃，湿度大于90％)养护至测试龄期，即得蒸养水泥基材料；
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的1％时，制得的蒸养水泥基材料记为样品五；
当相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的2％时，制得的蒸养水泥基材料记为样品六。
表1实施例1-2和对比例1中的各原料配比
Figure BDA0002421584210000101
Figure BDA0002421584210000111
注：样品七为不添加相变复合材料的普通蒸养水泥砂浆作为空白对比试件。
依据GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，制作尺寸40mm×40mm×160mm的蒸养水泥砂浆试件，测试其1d和28d的抗折和抗压强度(表2)。
表2样品一至样品七的1d和28d的抗折和抗压强度
Figure BDA0002421584210000112
由表2可知，相变复合材料的加入对蒸养砂浆抗折强度没有显著的不利影响。相比样品七，样品一至样品六的抗折强度与其没有明显差别。并且样品一至样品六之间的抗折强度值相当。相比样品七，样品一至样品四的1天抗折强度的最大增长率为4.8％，样品五和样品六的1天抗折强度的最大增长率为2.98％。然而，相比样品七，样品一至样品四的28天抗折强度有略微的降低，其最大降低率为4.84％，小于5％；样品五和样品六的28天抗折强度的最大降低率为2.47％，同样小于5％。
样品一至样品四之间，蒸养砂浆的抗压强度(1d和28d)均非常接近；相比样品七，样品一至样品四的1d抗压强度与其相当，抗压强度最低值也有45.32Mpa。随着养护龄期增长至28d，样品一至样品四的28d抗压强度最低值有60.60Mpa，是样品七的28d抗压强度的94.7％。显然，样品一至样品四均具有良好的力学性能。
对于样品五和样品六，其1天抗压强度与样品七的抗压强度相当。但样品五和样品六的28天抗压强度有所降低，样品五最为显著。相比样品七，样品五的28天抗压强度降低率高达18.60％。因为差的界面粘结会导致含有相变材料的砂浆有较高孔隙度，这会影响砂浆的力学性能。
图7和图8分别是样品五和样品一的扫描电子显微镜图片。由图7可知，EG/P材料四周与砂浆基体之间存在较大的空隙，EG/P与基体间的界面粘结差。由图8可看出，样品一中，硅藻土在膨胀石墨外围，并且硅藻土与基体粘结良好。这也进一步证实了通过在膨胀石墨外围包覆硅藻土可以有效改善EG/P相变材料对水泥基材料力学性能的不利影响。
因此，相变复合材料D/EG/P的加入对蒸养砂浆的力学性能没有不利的影响，并且该相变复合材料与水泥基材料基体有较好的兼容性。
高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料的抗水吸附性能：
制作尺寸40mm×40mm×40mm的水泥砂浆试件，依据ASTM C642-1《Standard TestMethod for Density,Absorption,andVoids in Hardened Concrete》测试28d龄期的砂浆试件的抗水吸附性能。
依据表1中样品七的配合比，且在标准养护室(温度(20±1)℃，湿度大于90％)养护至28天而制得的不添加相变复合材料的普通标养水泥砂浆记为样品八。将其作为样品七的对比试件，以表明蒸养过程导致的热伤损对水泥基材料耐久性的影响。
砂浆试件在水中浸泡7天后的吸水率的变化情况如图9所示。由图9可知，随着浸泡时间的增长，样品七的吸水率增长较快，而样品八的吸水率相对较小。相比样品八，样品七在浸泡7天后的吸水率增加了32.17％。随着相变复合材料D/EG/P的加入，蒸养砂浆试件的吸水率显著降低。相比样品七，样品一在浸泡7天后的吸水率降低了57.66％。相比样品八，样品一浸泡7天后的吸水率也有显著降低，降低率达44.04％。这主要归因于蒸养水泥基材料中的相变复合材料与水泥水化产物之间形成的空间网络结构，以及相变复合材料的疏水性能。所以，相变复合材料D/EG/P材料的加入能显著改善蒸养水泥基材料的抗水吸附性能，显著提升蒸养水泥基材料的耐久性能。

Claims (9)

1.一种高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料，其特征在于：所述高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料添加有结构为硅藻土包覆膨胀石墨且石蜡吸附于硅藻土和膨胀石墨孔隙内的相变复合材料；
所述相变复合材料中，膨胀石墨与硅藻土的质量比为1：27~1：35；膨胀石墨和硅藻土的总质量与石蜡的质量比为1：4.7~1：6.6。
2.根据权利要求1所述的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料，其特征在于：所述相变复合材料占蒸养水泥基材料体积的0.5~3.0%。
3.根据权利要求1-2任一项所述的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料，其特征在于：所述相变复合材料的制备过程为：将膨胀石墨分散于无水乙醇中超声分散，然后加入硅藻土，依次通过二次超声分散、高速搅拌、蒸发乙醇、干燥得到相变复合材料载体；再将石蜡熔融后加入所述相变复合材料载体即得相变复合材料。
4.根据权利要求3所述的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料，其特征在于：
所述的膨胀石墨为200目可膨胀石墨在高温炉中快速膨胀得到；所述高温炉为马弗炉，温度为850℃~1000℃；快速膨胀为30s~1min；所述的硅藻土为工业级，硅藻土的细度范围为100~200目；所述的石蜡为烷烃，熔点是45~60℃；
所述的膨胀石墨与硅藻土的质量比为1：27~1：35；所述的膨胀石墨与无水乙醇的投入比为：1g：450ml~1g：650ml；所述的膨胀石墨在使用前在105℃的真空干燥箱内干燥24h；所述的硅藻土在使用前在105℃的鼓风干燥箱内干燥24h；
所述的超声分散时间为20min~30min，二次超声分散时间为50min~60min；所述的高速搅拌速率为1000r/min~1500r/min，时间为50min~70min，温度为20℃~40℃；所述的蒸发乙醇的温度为80℃~100℃；所述的干燥过程为在105℃恒温鼓风干燥箱中干燥24h~48h。
5.根据权利要求4所述的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料，其特征在于：所述的石蜡熔融后加入所述相变复合材料载体的具体过程为：相变复合材料载体放置在90~100℃的负压环境中，加入熔融后的石蜡，依次经过负压环境、大气压环境下的渗透后，得到D/EG/P溶液；再将D/EG/P溶液进行过滤、干燥、研磨和筛分即得相变复合材料；
所述的相变复合材料载体与石蜡的质量比为1：4.7~1：6.6；所述熔融后的石蜡为在80~100℃的温度下融化为液态的石蜡；
所述负压环境的真空度为30kpa；负压环境的控制时间为70min~120min；大气压环境的控制时间为30min~60min；
所述干燥过程为在80℃下真空干燥72h或者120~150℃下真空干燥24h；所述筛分过程为过300μm的标准筛。
6.权利要求1-5任一项所述的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料的制备方法，其特征在于：按质量百分比计，由54.32~55.24wt%的骨料、33.48~34.05wt%的水泥、10.05~10.22wt%的水、0.18~0.27wt%的减水剂和相变复合材料制得，相变复合材料的掺量以其占蒸养水泥基材料体积的0.5~3.0%，各原料质量百分比之和为1。
7.根据权利要求6所述的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料的制备方法，其特征在于：将各原料按配比分别称量，再将称量好的原料在搅拌机中搅拌成型，然后将成型好的试件放入蒸汽养护箱，按照蒸汽养护制度养护后，取出试件脱模后放入温度为（20±1）℃、湿度大于90%的标准养护室养护至测试龄期，即可得到高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料。
8.根据权利要求6所述的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述的骨料为河砂，中砂，细度模数为2.7，表观密度为2.65g/cm3；所述的水泥为P I 42.5的基准水泥，比表面积为3400cm2/g，表观密度为3.15g/cm3；所述的减水剂为聚羧酸盐高效减水剂，固含量30%，减水率为28%~32%。
9.根据权利要求7-8任一项所述的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述的高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料的具体制备方法包括：
（1）成型工艺：将各原料配比称量配料，先将称量好的骨料、基准水泥和相变复合材料倒入搅拌锅中低速搅拌1分钟，然后加入减水剂和水的混合液，继续低速搅拌2分钟，最后高速搅拌2分钟得水泥砂浆，转速符合《行星式水泥胶砂搅拌机》（JC/T 681-2005）的要求；将拌好的水泥砂浆分两次加入模具中，使用振动台移除水泥砂浆内的气泡，试件成型完毕；
（2）养护工艺：将成型好的试件放入蒸汽养护箱，按照20℃预养护2小时，2小时匀速升温到60℃，60℃恒温8小时，恒温结束后自然冷却的蒸汽养护制度共养护13小时，然后取出脱模；试件脱模后放入温度为（20±1）℃、湿度大于90%的标准养护室养护至测试龄期，即可得到高抗水吸附性能的蒸养水泥基材料。
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