CN111908860B - 寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料和基础工程建设技术领域，涉及一种寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料及其制备方法，由以下组分制成：水泥、粉煤灰、硅灰、砂、水、减水剂、氨基功能化改性纳米二氧化硅、二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊材料、有机改性材料；氨基功能化改性纳米二氧化硅由水、四乙氧基硅烷、3‑氨基丙基三乙氧基硅烷和氢氧化铵制成；二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊由水、四乙氧基硅烷、环氧树脂制成；有机改性材料由聚合物改性增强材料与纳米增强材料制成。本发明提供的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料，发挥了双组分环氧胺系统的自愈合特性与纳米材料的量子尺寸效应，填充效应及晶核诱导水化反应，提高了材料的抗冻性能和耐久性。

Description

寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料和基础工程建设技术领域，特别是涉及一种寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料及制备方法。
背景技术
水泥一直是国家基础设施建设中最重要的材料，近年来，随着工程向大型化、重载、大跨度发展，对建筑材料的要求也在不断提高，超高性能水泥基复合材料的出现满足了工程上对材料的要求，在公路、桥梁、铁路等建筑领域均有应用。超高性能水泥混凝土有很多优点：其抗压强度高于150MPa，约是传统混凝土的3倍以上；具有优异的韧性和断裂能，使得混凝土结构在超载或地震条件下具有更优异的结构可靠性；具有优异的耐久性能，可大幅度提高混凝土结构的使用寿命，减小混凝土结构的维修费用；几乎不渗透性和无碳化，氯离子渗透和硫酸盐渗透也几乎为零，其抗腐蚀性能为混凝土结构物在恶劣环境下提供了保护。
尽管超高性能水泥混凝土拥有很多显著的优点，但也存在一些缺陷，比如：超高性能水泥混凝土的水泥用量较高，易产生收缩；由于超高性能水泥混凝土中含有大量未水化的水泥颗粒，这些未水化的水泥颗粒在混凝土结构使用过程中可能会继续水化，进而影响混凝土结构的尺寸稳定性。因此，超高性能水泥混凝土在水化硬化后容易产生微裂缝，微裂缝的产生将导致其强度和耐久性降低，发挥不出其应有的性能。
针对水泥混凝土微裂缝，传统的修复方法一般为针对较大的肉眼可见裂缝进行事后修复或者定时对其进行修复，但易发生二次裂缝。对混凝土内部产生的微裂缝，若不及时解决则微裂缝会持续发展直至发生断裂。近年来，设计和改善水泥基材料自愈合能力是解决微裂缝的常用手段。目前对自愈合超高性能水泥基复合材料的研究大多为纤维增强或埋入含有修复剂的中空玻璃纤维管或玻璃胶囊，但是这种方法对施工拌和振捣会造成不便。
发明内容
本发明提供一种寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料，该材料发挥了双组分环氧胺系统的自愈合特性与纳米材料的量子尺寸效应，填充效应及晶核诱导水化反应，提高了材料的抗冻性能和耐久性。
本发明提供的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料，由以下重量份数的原料制成：水泥573-705份、粉煤灰361-487份、硅灰90-240份、砂530-636份、水170-273份、减水剂25-36份、氨基功能化改性纳米二氧化硅21-122份、二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊20-95份、有机改性材料47-72份；
其中，所述氨基功能化改性纳米二氧化硅由以下重量份数的原料制成：水41.65-249.9份、四乙氧基硅烷60.5-363份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷6.6-39份和氢氧化铵19.5-117份；
所述二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊由以下重量份数的原料制成：水250-1187.5份、四乙氧基硅烷112-532份、环氧树脂30-142.5份及0.1M氢氧化铵溶液289-743份；
所述有机改性材料由以下重量份数的原料制成：聚合物改性增强材料41-56份、纳米增强材料6-16份。
优选地，由以下重量份数的原料制成：水泥600-690份、粉煤灰401-480份、硅灰115-235份、砂540-615份、水194-258份、减水剂26-34份、氨基功能化改性纳米二氧化硅30-110份、二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊42-75份、有机改性材料57-64份；
其中，所述氨基功能化改性纳米二氧化硅由以下重量份数的原料制成：水64.5-239.4份、四乙氧基硅烷93.7-347.8份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷10.2-37.9份和氢氧化铵30.2-112.1份；
所述二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊由以下重量份数的原料制成：水337.5-1075份、四乙氧基硅烷151.2-481.6份、环氧树脂40.5-129份及0.1M氢氧化铵溶液390.2-672.6份；
所述有机改性材料由以下重量份数的原料制成：聚合物改性增强材料47-50份、纳米增强材料10-14份。
更优选地，由以下重量份数的原料制成：水泥665份、粉煤灰471份、硅灰200份、砂540份、水232份、减水剂28份、氨基功能化改性纳米二氧化硅45份、二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊63份、有机改性材料60份；
其中，所述氨基功能化改性纳米二氧化硅由以下重量份数的原料制成：水85.3-220.7份、乙醇497.2-1282.4份、四乙氧基硅烷124.3-320.6份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷13.5-34.9份和氢氧化铵39.9-103.3份；
所述二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊由以下重量份数的原料制成：水375-937.5份、四乙氧基硅烷168-420份、、环氧树脂46.5-112.5份及0.1M氢氧化铵溶液433.6-586.6份；
所述有机改性材料由以下重量份数的原料制成：聚合物改性增强材料48份、纳米增强材料12份。
优选地，所述水泥为强度等级52.5的硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级低钙粉煤灰；所述硅灰为比表面积为22000m2/kg的微硅灰；所述砂为细度模数2.2-1.6的石英质河砂；所述减水剂为减水率40％的聚羧酸系外加剂。
优选地，所述聚合物改性增强材料为醋酸乙烯酯与乙烯共聚物、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物中的任意一种；所述纳米增强材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、氧化石墨烯及碳纳米管中的任意一种。
本发明还提供一种寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1、将乙醇、水、四乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、氢氧化铵混合，得到白色胶体分散体，除杂，所得白色固体干燥后即得所述氨基功能化改性纳米二氧化硅，备用；
S2、将四乙氧基硅烷在pH为2的条件下水解得到前体；前体与环氧树脂、水混合，搅拌形成乳液；用0.1M氢氧化铵溶液调节所述乳液pH为10，得到微囊悬浮液，静置老化，离心，所得固体依次洗涤、干燥即得所述二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊，备用；
S3、按重量份数称取水泥573-705份、粉煤灰361-487份、硅灰90-240份、砂530-636份、水170-273份、减水剂25-36份、聚合物改性增强材料41-56份、纳米增强材料6-16份、步骤S1制得的氨基功能化改性纳米二氧化硅21-122份、步骤S2制得的二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊20-95份，备用；
S4、将步骤S3中称取的聚合物改性增强材料、纳米增强材料、氨基功能化改性纳米二氧化硅及二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊混合均匀，得到混合粉剂；
S5、将步骤S3中称取的水泥、粉煤灰、硅灰、砂与步骤S4中得到的混合粉剂混合均匀，得到干粉，备用；
S6、将步骤S3中称取的减水剂与水混合均匀，得到水剂，备用；
S7、将步骤S6中得到的水剂缓慢加入到步骤S5中所述干粉中，搅拌得到浆体，将所述浆体依次排气泡、养护，即得所述水泥基复合材料。
优选地，S1中所述乙醇的加入量为所述四乙氧基硅烷的四倍，所述除杂是将所述白色胶体分散体离心、倾析后分离得到固体，再将所述固体用乙醇洗涤，然后离心、倾析后得到所述白色固体。
优选地，S2中所述水解是在40℃条件下回流水解5h；所述搅拌转速为600转/min；所述静置老化时间为1h。
优选地，S7中所述养护是在20℃和100％相对湿度下养护24h，再在85℃下蒸汽养护96h。
相较于现有技术，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料，通过在超高性能水泥基复合材料中加入微胶囊使其具有微裂缝自愈合的特性，在微裂缝产生时释放出微胶囊内部物质，从而达到裂缝自愈合的目的；
2、本发明提供的水泥基复合材料的自愈系统是基于双组分环氧胺系统，在基体中加入微囊包裹的环氧树脂，微裂纹的形成会破坏微囊，释放出环氧树脂，环氧树脂与氨基功能化改性纳米二氧化硅接触后会开始固化，从而密封和修补裂缝，充分减少其内部微裂缝发展，提高了耐久性；其中氨基功能化改性纳米二氧化硅和纳米增强材料等还依靠较大的比表面积以及填充效应、晶核效应等显著提高水化反应速度；掺加聚合物后，会在水泥石内部形成网状的结构，改善了内部界面过渡区的胶结状态，提高水泥基复合材料的抗折能力、密实性和渗透性等；从而显著提高了水泥基复合材料的抗冻性与耐久性。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提供的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料，由以下重量份数的原料制成：水泥573-705份、粉煤灰361-487份、硅灰90-240份、砂530-636份、水170-273份、减水剂25-36份、氨基功能化改性纳米二氧化硅21-122份、二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊20-95份、有机改性材料47-72份；
其中，氨基功能化改性纳米二氧化硅由以下重量份数的原料制成：水41.65-249.9份、四乙氧基硅烷60.5-363份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷6.6-39份和氢氧化铵19.5-117份；
二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊由以下重量份数的原料制成：水250-1187.5份、四乙氧基硅烷112-532份、环氧树脂30-142.5份及0.1M氢氧化铵溶液289-743份；
有机改性材料由以下重量份数的原料制成：聚合物改性增强材料41-56份、纳米增强材料6-16份。
该寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1、将乙醇、水、四乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、氢氧化铵混合，得到白色胶体分散体，除杂，所得白色固体干燥，即得所述氨基功能化改性纳米二氧化硅，备用；
S2、将四乙氧基硅烷在pH为2的条件下水解得到前体；前体与环氧树脂、水搅拌混合，形成乳液，在用0.1M氢氧化铵溶液调节所述乳液pH为10，得到微囊悬浮液，静置老化，离心，所得固体依次洗涤、干燥，即得所述二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊，备用；
S3、按重量份数称取水泥573-705份、粉煤灰361-487份、硅灰90-240份、砂530-636份、水170-273份、减水剂25-36份、聚合物改性增强材料41-56份、纳米增强材料6-16份、步骤S1制得的氨基功能化改性纳米二氧化硅21-122份、步骤S2制得的二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊20-95份，备用；
S4、将步骤S3中称取的聚合物改性增强材料、纳米增强材料、氨基功能化改性纳米二氧化硅及二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊混合均匀，得到混合粉剂；
S5、将步骤S3中称取的水泥、粉煤灰、硅灰、砂与步骤S4中得到的混合粉剂混合均匀，得到干粉，备用；
S6、将步骤S3中称取的减水剂与水混合均匀，得到水剂，备用；
S7、将步骤S6中得到的水剂缓慢加入到步骤S5中所述干粉中，搅拌得到浆体，将所述浆体依次排气泡、养护，即得所述水泥基复合材料。
下面通过具体实施例及对比例进行说明。
本发明实施例及对比例制备的水泥基材料均按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)中的方法测试复合材料的力学性能，按照《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T2419-2005)测试复合材料在不含纤维时的操作性能。
实施例1
具有高工作性、抗压强度120MPa～160MPa的超高性能水泥基复合材料，其单方用量配比(kg/m3)如表1所示：
表1 自愈合、抗压强度120MPa～160MPa的水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000081
对实施例1制备得到的水泥基复合材料进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为7.8g。
实施例2
有高工作性、抗压强度120MPa～160MPa的超高性能水泥基复合材料，其单方用量配比(kg/m3)如表2所示：
表2 自愈合、抗压强度120MPa～160MPa的水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000082
对实施例2制备得到的水泥基复合材料进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为7.3g。
实施例3
有高工作性、抗压强度120MPa～160MPa的超高性能水泥基复合材料，其单方用量配比(kg/m3)如表3所示：
表3 自愈合、抗压强度120MPa～160MPa的水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000091
对实施例3制备得到的水泥基复合材料进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为6.8g。
实施例4
具有高工作性、抗压强度130MPa的超高性能水泥基复合材料，其单方用量配比(kg/m3)如表4所示：
表4 自愈合、抗压强度130MPa的水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000092
对实施例4制备得到的水泥基复合材料进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加分别为6.1g。
实施例5
具有高工作性、抗压强度140MPa的超高性能水泥基复合材料，其单方用量配比(kg/m3)如表5所示：
表5 自愈合、抗压强度140MPa的水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000101
对实施例5制备得到的水泥基复合材料进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为5.6g。
实施例6
具有高工作性、抗压强度100MPa的超高性能水泥基复合材料，其单方用量配比(kg/m3)如表6所示：
表6 自愈合、抗压强度100MPa的水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000102
对实施例6制备得到的水泥基复合材料进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为10.5g。
实施例7
具有高工作性、抗压强度140MPa的超高性能水泥基复合材料，其单方用量配比(kg/m3)如表7所示：
表7 自愈合、抗压强度140MPa的水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000103
Figure BDA0002577082930000111
对实施例7制备得到的水泥基复合材料进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为7.7g。
对比例1
该水泥基复合材料用量配比如表8所示。
表8 水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000112
对其进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为10.6g。
对比例2
该水泥基复合材料用量配比如表9所示。
表9 水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000113
对其进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为9.5g。
对比例3
该水泥基复合材料用量配比如表10所示。
表10 水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000121
对其进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为8.9g。
对比例4
该水泥基复合材料用量配比如表11所示。
表11 水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000122
对其进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为8.5g。
对比例5
该水泥基复合材料用量配比如表12所示。
表12 水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000123
Figure BDA0002577082930000131
对其进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为7.9g。
对比例6
该水泥基复合材料用量配比如表13所示。
表13 水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000132
对其进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为6.5g，冻融后抗压强度123MPa，裂缝平均宽度为在28天时为60μm，该对比例6与实施例5对比，表明仅去掉有机改性材料，其毛细水吸收试验中重量增加较多，说明有机改性材料会改善水泥石内部结构，使其在结构上更加致密，对其抗渗性有较好的提升。
对比例7
该水泥基复合材料用量配比如表14所示。
表14 水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000133
该对比例7未加入氨基功能化改性纳米二氧化硅，对其进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为7.1g，裂缝平均宽度在28天时为73μm，冻融后抗压强度为117.2MPa，与实施例5对比，发现裂缝没有充分愈合，是由于氨基功能化改性纳米二氧化硅会促进环氧树脂固化，加速裂缝修复，从而减少裂缝影响，提高抗渗性，抗裂性。
对比例8
该水泥基复合材料用量配比如表15所示。
表15 水泥基复合材料配比(kg/m3)
Figure BDA0002577082930000141
该对比例8未加入二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊，对其进行毛细水吸收试验，测得300μm以内裂缝下，28天愈合期，重量增加为8.1g，裂缝平均宽度在28天时为75μm，冻融后抗压强度为120.2MPa，与实施例5对比，发现裂缝没有被掺加材料修复的迹象，是由于不含二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊，裂缝产生时没有环氧树脂释放，只能依靠自身的未水化颗粒继续水化愈合裂缝，效率低。
上述对比例6、7、8说明有机改性材料通过产生网状结构来改善水泥石内部结构，能减少较大裂缝产生，使粒径为微米级的氨基功能化改性纳米二氧化硅和二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊发挥最大的作用；氨基功能化改性纳米二氧化硅和二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊二者缺一不可，任何一种材料缺少将无法有效的进行释放环氧树脂并与固化剂结合，使裂缝修复愈合。
采用上述的实施例1-7与对比例1-8的配合比制作直径100mm，高度50mm的圆柱形试件进行裂缝愈合能力检测，按照劈裂法，通过使用MTS与LVDT控制裂缝宽度，使其宽度介于100-200微米之间，对所有试件使用Supereyes每隔14天观察其裂缝宽度，在裂缝处从上到下依次测量五处，取其平均值为裂缝平均宽度，观察裂缝愈合情况随时间的变化，如表16所示：
表16 各实施例及对比例提供的水泥基复合材料的裂缝平均宽度(μm)随时间变化结果
Figure BDA0002577082930000151
由表16可知，掺加三种新材料的实施例1-7整体裂缝愈合情况好于对比例1-8，从实施例1-7内部比较，发现不同配合比时，随着二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊和氨基功能化改性纳米二氧化硅含量的上升，对裂缝修复与愈合的状况也越来越明显。
根据实施例1-7与对比例1-8采用的配合比，进行冻融400次后各组试件的平均抗压强度与质量损失，并将其与抗冻标号F300的C50混凝土进行比较，结果如表17所示。
表17 各实施例提供的水泥基复合材料的抗冻性能测试结果
Figure BDA0002577082930000152
Figure BDA0002577082930000161
由表17可知，随着三种材料掺量的增加，其抗冻性也在逐步增大，对比例与C50F300比较，抗冻性也更为优秀，这是本身超高性能水泥基复合材料的密实性高决定的，加入三种新材料后，发现抗冻性进一步提高，是由于有机改性材料一方面改善了水泥石内部结构，将原本的密实性进一步提高，而且随着冻融循环产生的裂缝，也在二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊和氨基功能化改性纳米二氧化硅的共通作用下被修复，从而使其冻融循环后仍具有较高的抗压强度和较低的质量损失率。
需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与各实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥573-705份、粉煤灰361-487份、硅灰90-240份、砂530-636份、水170-273份、减水剂25-36份、氨基功能化改性纳米二氧化硅21-122份、二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊20-95份、有机改性材料47-72份；
其中，所述氨基功能化改性纳米二氧化硅由以下重量份数的原料制成：水41.65-249.9份、四乙氧基硅烷60.5-363份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷6.6-39份和氢氧化铵19.5-117份；
所述二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊由以下重量份数的原料制成：水250-1187.5份、四乙氧基硅烷112-532份、环氧树脂30-142.5份及0.1M氢氧化铵溶液289-743份；
所述有机改性材料由以下重量份数的原料制成：聚合物改性增强材料41-56份、纳米增强材料6-16份，且所述聚合物改性增强材料为醋酸乙烯酯与乙烯共聚物、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥600-690份、粉煤灰401-480份、硅灰115-235份、砂540-615份、水194-258份、减水剂26-34份、氨基功能化改性纳米二氧化硅30-110份、二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊42-75份、有机改性材料57-64份；
其中，所述氨基功能化改性纳米二氧化硅由以下重量份数的原料制成：水64.5-239.4份、四乙氧基硅烷93.7-347.8份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷10.2-37.9份和氢氧化铵30.2-112.1份；
所述二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊由以下重量份数的原料制成：水337.5-1075份、四乙氧基硅烷151.2-481.6份、环氧树脂40.5-129份及0.1M氢氧化铵溶液390.2-672.6份；
所述有机改性材料由以下重量份数的原料制成：聚合物改性增强材料47-50份、纳米增强材料10-14份。
3.根据权利要求2所述的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥665份、粉煤灰471份、硅灰200份、砂540份、水232份、减水剂28份、氨基功能化改性纳米二氧化硅45份、二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊63份、有机改性材料60份；
其中，所述氨基功能化改性纳米二氧化硅由以下重量份数的原料制成：水85.3-220.7份、乙醇497.2-1282.4份、四乙氧基硅烷124.3-320.6份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷13.5-34.9份和氢氧化铵39.9-103.3份；
所述二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊由以下重量份数的原料制成：水375-937.5份、四乙氧基硅烷168-420份、环氧树脂46.5-112.5份及0.1M氢氧化铵溶液433.6-586.6份；
所述有机改性材料由以下重量份数的原料制成：聚合物改性增强材料48份、纳米增强材料12份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥为强度等级52.5的硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级低钙粉煤灰；所述硅灰为比表面积为22000m2/kg的微硅灰；所述砂为细度模数2.2-1.6的石英质河砂；所述减水剂为减水率40％的聚羧酸系外加剂。
5.根据权利要求1-3任一项所述的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述纳米增强材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、氧化石墨烯及碳纳米管中的任意一种。
6.一种根据权利要求1所述的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、将乙醇、水、四乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、氢氧化铵混合，得到白色胶体分散体，除杂，所得白色固体干燥，即得所述氨基功能化改性纳米二氧化硅，备用；
S2、将四乙氧基硅烷在pH为2的条件下水解得到前体；前体与环氧树脂、水搅拌混合，形成乳液，再用0.1M氢氧化铵溶液调节所述乳液pH为10，得到微囊悬浮液，静置老化，离心，所得固体依次洗涤、干燥，即得所述二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊，备用；
S3、按重量份数称取水泥573-705份、粉煤灰361-487份、硅灰90-240份、砂530-636份、水170-273份、减水剂25-36份、聚合物改性增强材料41-56份、纳米增强材料6-16份、步骤S1制得的氨基功能化改性纳米二氧化硅21-122份、步骤S2制得的二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊20-95份，备用；
S4、将步骤S3中称取的聚合物改性增强材料、纳米增强材料、氨基功能化改性纳米二氧化硅及二氧化硅包覆环氧树脂微胶囊混合均匀，得到混合粉剂；
S5、将步骤S3中称取的水泥、粉煤灰、硅灰、砂与步骤S4中得到的混合粉剂混合均匀，得到干粉，备用；
S6、将步骤S3中称取的减水剂与水混合均匀，得到水剂，备用；
S7、将步骤S6中得到的水剂缓慢加入到步骤S5中所述干粉中，搅拌得到浆体，将所述浆体依次排气泡、养护，即得所述水泥基复合材料。
7.根据权利要求6所述的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，S1中所述乙醇的加入量为所述四乙氧基硅烷的四倍，所述除杂是将所述白色胶体分散体离心、倾析后分离得到固体，再将所述固体用乙醇洗涤，然后离心、倾析后得到所述白色固体。
8.根据权利要求6所述的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，S2中所述水解是在40℃条件下回流水解5h；所述搅拌转速为600转/min；所述静置老化时间为1h。
9.根据权利要求6所述的寒区裂缝自愈合超高性能水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，S7中所述养护是在20℃和100％相对湿度下养护24h，再在85℃下蒸汽养护96h。
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