CN115448656A - 一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法，按质量份计，由以下组分组成：水泥500～1000份，水230～460份，聚Ca离子超吸水纤维2～6份；所述聚Ca离子超吸水纤维为丙烯酸和丙烯酸酯在交联剂的作用下，与超吸水纤维混合聚合，得到树脂；将得到的树脂经碱水解，即可。该水泥基自修复材料具有较强的吸附钙离子的能力，吸附大量钙离子之后，高浓度钙离子加速与空气中的水以及二氧化碳反应，从而生成碳酸钙起到加固裂缝的作用，并且能保持纤维的完整性，在水泥基材料中可以起到良好的自修复效果。
Description
技术领域
本发明属于地下工程自修复材料技术领域，尤其涉及一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
水泥基材料具有原料丰富、成本低廉、成产工艺简单的特点，同时，水泥基材料又具有较高的抗压强度、良好的耐久性和强度等级范围，因此被大规模应用在现代土木工程中，主要包括建筑工程、道路工程、地下工程、海洋工程等。然而，水泥基材料在长期的使用过程中以及周围复杂环境的影响下，常常会产生裂缝以及局部损伤，甚至可能导致结构完全破坏。能够及时的检测并有效的修复水泥基材料出现的裂缝以及损伤，早已是工程界重点关心的问题。在实际的水泥基材料中，往往存在很多细小的裂缝，由于检测技术和能力的局限性，很有可能检测不到这些微观的损伤。
据发明人了解，目前水泥基自修复材料包括微胶囊水泥基自修复材料、微生物水泥基自修复材料等。其中，微胶囊水泥基材料存在的问题是：需要微胶囊破裂以释放修复剂；催化剂与微胶囊的分散要与破坏区域相匹配；修复剂的存储数量有限等。微生物在自修过程中，微生物载体有可能会对水泥基体造成缺陷，影响水泥基体的强度和耐久性；微生物自修复是一个漫长过程，不能像其它修复方法那样可以对裂纹即时修复，而且也不能修复较宽的裂纹。目前的自修复材料的自修复能力有待提高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法。该水泥基自修复材料具有较强的吸附钙离子的能力，吸附大量钙离子之后，高浓度钙离子加速与空气中的水以及二氧化碳反应，从而生成碳酸钙起到加固裂缝的作用，并且能保持纤维的完整性，在水泥基材料中可以起到良好的自修复效果。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥500～1000份，水230～460份，聚Ca离子超吸水纤维2～6份；
所述聚Ca离子超吸水纤维为丙烯酸和丙烯酸酯在交联剂的作用下，与超吸水纤维混合聚合，得到树脂；将得到的树脂经碱水解，即可。
第二方面，本发明提供所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，包括如下步骤：
向丙烯酸和丙烯酸酯的混合溶液中加入交联剂和超吸水纤维，聚合得到树脂；
将树脂碱性水解，制得聚Ca离子超吸水纤维；
将聚Ca离子超吸水纤维、水泥和水按比例混合均匀，即得。
上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
本发明针对水泥基材料在使用过程中会产生裂缝以及局部损伤，不仅会造成强度降低，甚至使得有害物质进入裂缝，导致结构发生破坏等现象，提供了一种聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料，超吸水纤维具有较强的吸水以及保水特点，聚Ca离子超吸水纤维则在其基础上添加了吸附Ca离子的能力；这样不仅可以保证水泥基材料在水化过程中的湿度环境，使水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙与水反应生成水化硅酸钙(C-S-H)，使水泥继续水化，增强其强度等特性；同时，水泥未完全水化水泥基中仍存在游离的Ca离子，便能被聚Ca离子超吸水纤维吸附，这些Ca离子或与水反应生成氢氧化钙，或与空气中的溶于水的二氧化碳反应生成碳酸钙，在裂缝和纤维等易成核的部位富集，完成裂缝的自修复。
本发明的聚Ca离子超吸水纤维不仅含有大量的强亲水基团，还含有大量的较弱的反应基，如羟基(-COOH基)，将这种材料应用到建筑领域，不仅能够提高水泥基材料的韧性，使其呈现应变硬化的特征、提高水泥基材料的抗拉、抗折强度，使其呈现多裂缝开裂特征；并且能够在一定程度上实现水泥基材料的自修复。在水泥基中掺加聚Ca离子超吸水纤维，不仅可以为裂缝处提供合适的湿度环境，还可以吸附更多的Ca离子，使得裂缝处的水泥继续发生水化反应，且在高浓度的Ca离子的情况下，能加速二次水化反应，从而实现水泥基材料强度的回复以及其裂缝的自修复。
特别是在低温情况下，氢氧化钙和碳酸钙的溶解度很低，结晶析出会形成晶型完整的晶体。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是实施例1的聚乙烯醇纤维的形貌图；
图2是实施例1的超吸水PVA纤维的形貌图；
图3是实施例1的聚Ca离子超吸水PVA纤维的形貌图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
第一方面，本发明提供一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥500～1000份，水230～460份，聚Ca离子超吸水纤维2～6份；
所述聚Ca离子超吸水纤维为丙烯酸和丙烯酸酯在交联剂的作用下，与超吸水纤维混合聚合，得到树脂；将得到的树脂经碱水解，即可。
本发明针对水泥基材料在使用过程中会产生裂缝以及局部损伤，不仅会造成强度降低，甚至使得有害物质进入裂缝，导致结构发生破坏等现象，提供了一种聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料，超吸水纤维具有较强的吸水以及保水特点，聚Ca离子超吸水纤维则在其基础上添加了吸附Ca离子的能力；这样不仅可以保证水泥基材料在水化过程中的湿度环境，使水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙与水反应生成水化硅酸钙(C-S-H)，使水泥继续水化，增强其强度等特性；同时，水泥未完全水化水泥基中仍存在游离的Ca离子，便能被聚Ca离子超吸水纤维吸附，这些Ca离子或与水反应生成氢氧化钙，或与空气中的溶于水的二氧化碳反应生成碳酸钙，在裂缝和纤维等易成核的部位富集，完成裂缝的自修复。
特别是在低温情况下，氢氧化钙和碳酸钙的溶解度很低，结晶析出会形成晶型完整的晶体。
聚Ca离子超吸水纤维含有大量的酸性基团，具有对阳离子的交换性，将其应用于建筑材料领域，不仅能够提高水泥基材料的韧性，使其呈现应变硬化的特征、提高水泥基材料的抗拉、抗折强度，使其呈现多裂缝开裂特征；并且能够在一定范围内能实现水泥基材料的自修复。在水泥基材料中添加聚Ca离子超吸水纤维，不仅可以为裂缝处提供足够的湿度环境，还可以为裂缝处提供充足的Ca离子，使得在裂缝处水泥继续发生水化反应，从而实现强度恢复以及裂缝自修复。
在一些实施例中，所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥700～900份，水300～400份，聚Ca离子超吸水纤维2～3份。
聚Ca离子超吸水PVA纤维相比于超吸水纤维，不仅具有超吸水纤维的特点，比如更易分散、吸水性以及保水性优良的优点，还具备吸附Ca离子的突出优点。聚Ca离子超吸水纤维在水泥基自修复材料中也起着至关重要的作用，它吸附Ca离子的特点，相对于传统工程水泥基材料(ECC材料)的自修复性能，聚Ca离子超吸水纤维可以为产生裂缝处或局部损伤的水泥基材料提供足够的湿度环境以及充足的Ca离子，使得水泥在裂缝处能够继续发生水化反应，从而获得更优的强度恢复以及裂缝自修复效果。
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥。
优选的，所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥750～850份，水350～400份，聚Ca离子超吸水纤维2～3份。
进一步优选的，所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥800份，水368份，聚Ca离子超吸水纤维2份。该配比下的材料力学性能和自修复性能均最好。
在一些实施例中，所述交联剂为二乙烯基苯。丙烯酸的自由基聚合活性更接近于二乙烯苯的自由基聚合活性，因而丙烯酸与二乙烯基苯的共聚合得到交联结构比较均匀的聚合物。对Ca离子的聚集效果好，且水泥基自修复材料的自修复效果好。
在一些实施例中，所述超吸水纤维聚乙烯醇纤维，长度5～8mm，直径10～15μm。
优选的，超吸水纤维、丙烯酸、丙烯酸酯和交联剂的质量比为2：4-8：3-6：2-7。优选为2：6：5：4。
在一些实施例中，丙烯酸和丙烯酸酯的溶剂为氯化钠和明胶的混合水溶液，溶剂中，氯化钠的质量百分数为10％-20％；明胶的质量百分数为0.5％-1.5％。氯化钠起盐析作用，明胶作为分散剂，使得丙烯酸和丙烯酸酯在溶剂中形成安定悬浮液，均匀分散在溶剂当中。
第二方面，本发明提供所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，包括如下步骤：
向丙烯酸和丙烯酸酯的混合溶液中加入交联剂和超吸水纤维，聚合得到树脂；
将树脂碱性水解，制得聚Ca离子超吸水纤维；
将聚Ca离子超吸水纤维、水泥和水按比例混合均匀，即得。
聚合得到的树脂当中含有可转化羧基的基团(酯基)，进一步碱性水解，使其转化为羧基，以得到性能优良的树脂。
在一些实施例中，所述碱性水解步骤中，碱溶液为氢氧化钠溶液。
优选的，氢氧化钠溶液的质量百分数为5～30％。
进一步优选的，氢氧化钠溶液的质量百分数为15～25％。
优选的，碱性水解的温度为80～140℃，水解时间为10-14小时。
在一些实施例中，聚合反应的温度为60-85℃，反应时间为2-6小时。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
以下实施例PVA纤维为工程短纤维，长度6mm，直径14μm。
实施例1
聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按质量分数计称取原材料，包括硅酸盐水泥500份，水230份，聚Ca离子超吸水PVA纤维2份。其中聚Ca离子超吸水PVA纤维的合成制备方法如下：
步骤二：取6g丙烯酸、5g丙烯酸甲酯、4g二乙烯基苯，加入到含氯化钠以及明胶的100ml水溶液中，然后将2g超吸水PVA纤维(超吸水PVA纤维的形貌如图2所示)经聚合反应后得到树脂。
在上述树脂中加入100ml 20％浓度的氢氧化钠溶液中，在80℃下水解12小时。
将反应后的PVA纤维取出，在无水乙醇中洗涤，过滤后置于温度为70℃的烘箱中烘干180min，获得最终产物聚Ca离子超吸水PVA纤维，如图3所示。
步骤三：称取0.1g聚Ca离子超吸水PVA纤维置于烧杯中，在20℃、200ml浓度为30％的CaCl2自由分散，浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集，自然悬挂至不滴水后称重，测得聚Ca离子超吸水PVA纤维的吸水倍率为213倍。
步骤四：将称取好的硅酸盐水泥、水、聚Ca离子超吸水PVA纤维均匀混合得到聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料。
其中，步骤四中的聚Ca离子超吸水PVA纤维必须与水泥浆液充分混合均匀，防止因聚Ca离子超吸水PVA纤维在水泥浆液中混合不均匀，造成纤维成团，从而影响材料的强度及韧性等问题。
对本实施例制备的聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表1)，预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表2、3所示：
表1聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理
表2超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率
由试验结果可知，随着时间的增加，聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势，28天的抗压强度回复率
可达到83.5％。
表3超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压
由试验结果可知，随着时间的增加，聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势，28天的抗渗水压可达1.6MPa，实验证明，该超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。
实施例2
聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按质量分数计称取原材料，包括硅酸盐水泥600份，水276份，聚Ca离子超吸水PVA纤维3份。其中聚Ca离子超吸水PVA纤维的合成制备方法如下：
步骤二：取6g丙烯酸、7g丙烯酸甲酯、3g二乙烯基苯，加入到含氯化钠以及明胶的100ml水溶液中，然后将4g超吸水PVA纤维经聚合反应后得到树脂。
在上述树脂中加入100ml 25％浓度的氢氧化钠溶液中，在120℃下水解12小时。
将反应后的PVA纤维取出，在无水乙醇中洗涤，过滤后置于温度为90℃的烘箱中烘干100min，获得最终产物聚Ca离子超吸水PVA纤维。
步骤三：称取0.1g聚Ca离子超吸水PVA纤维置于烧杯中，在20℃、200ml浓度为30％的CaCl2自由分散，浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集，自然悬挂至不滴水后称重，测得聚Ca离子超吸水PVA纤维的吸水倍率为215倍。
步骤四：将称取好的硅酸盐水泥、水、聚Ca离子超吸水PVA纤维均匀混合得到聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料。
其中，步骤四中的聚Ca离子超吸水PVA纤维必须与水泥浆液充分混合均匀，防止因聚Ca离子超吸水PVA纤维在水泥浆液中混合不均匀，造成纤维成团，从而影响材料的强度及韧性等问题。
对本实施例制备的超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表4)，预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表5、6所示：
表4聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理
表5聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率
由试验结果可知，随着时间的增加，聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势，28天的抗压强度回复率可达到76.4％。
表6聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压
由试验结果可知，随着时间的增加，聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势，28天的抗渗水压可达1.6MPa，实验证明，该聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。
实施例3
聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按质量分数计称取原材料，包括硅酸盐水泥700份，水322份，聚Ca离子超吸水PVA纤维4份。其中聚Ca离子超吸水PVA纤维的合成制备方法如下：
步骤二：取6g丙烯酸、5g丙烯酸甲酯、4g二乙烯基苯，加入到含氯化钠以及明胶的100ml水溶液中，然后将2g超吸水PVA纤维经聚合反应后得到树脂。
在上述树脂中加入100ml 30％浓度的氢氧化钠溶液中，在100℃下水解12小时。
将反应后的PVA纤维取出，在无水乙醇中洗涤，过滤后置于温度为70℃的烘箱中烘干180min，获得最终产物聚Ca离子超吸水PVA纤维。
步骤三：称取0.1g聚Ca离子超吸水PVA纤维置于烧杯中，在20℃、200ml浓度为30％的CaCl2自由分散，浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集，自然悬挂至不滴水后称重，测得聚Ca离子超吸水PVA纤维的吸水倍率为220倍。
步骤四：将称取好的硅酸盐水泥、水、聚Ca离子超吸水PVA纤维均匀混合得到聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料。
其中，步骤四中的聚Ca离子超吸水PVA纤维必须与水泥浆液充分混合均匀，防止因聚Ca离子超吸水PVA纤维在水泥浆液中混合不均匀，造成纤维成团，从而影响材料的强度及韧性等问题。
对本实施例制备的超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表7)，预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表8、9所示：
表7聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理
表8聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率
由试验结果可知，随着时间的增加，超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势，28天的抗压强度回复率可达到81.7％。
表9聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压
由试验结果可知，随着时间的增加，超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势，28天的抗渗水压可达1.6MPa，实验证明，该超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。
实施例4
聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法,包括如下步骤：
步骤一：按质量分数计称取原材料，包括硅酸盐水泥800份，水368份，聚Ca离子超吸水PVA纤维2份。其中聚Ca离子超吸水PVA纤维的合成制备方法如下：
步骤二：取6g丙烯酸、5g丙烯酸甲酯、4g二乙烯基苯，加入到含氯化钠以及明胶的100ml水溶液中，然后将2g超吸水PVA纤维经聚合反应后得到树脂。
在上述树脂中加入100ml20％浓度的氢氧化钠溶液中，在80℃下水解12小时。
将反应后的PVA纤维取出，在无水乙醇中洗涤，过滤后置于温度为70℃的烘箱中烘干180min，获得最终产物聚Ca离子超吸水PVA纤维。
步骤三：称取0.1g聚Ca离子超吸水PVA纤维置于烧杯中，在20℃、200ml浓度为30％的CaCl2自由分散，浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集，自然悬挂至不滴水后称重，测得聚Ca离子超吸水PVA纤维的吸水倍率为251倍。
步骤四：将称取好的硅酸盐水泥、水、聚Ca离子超吸水PVA纤维均匀混合得到聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料。
其中，步骤四中的聚Ca离子超吸水PVA纤维必须与水泥浆液充分混合均匀，防止因聚Ca离子超吸水PVA纤维在水泥浆液中混合不均匀，造成纤维成团，从而影响材料的强度及韧性等问题。
对本实施例制备的聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表10)，预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表11、12所示：
表10聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理
表11聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率
由试验结果可知，随着时间的增加，聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势，28天的抗压强度回复率可达到83.0％。
表12聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压
由试验结果可知，随着时间的增加，聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势，28天的抗渗水压可达2.1MPa，实验证明，该聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。
实施例5
聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法,包括如下步骤：
步骤一：按质量分数计称取原材料，包括硅酸盐水泥900份，水414份，聚Ca离子超吸水PVA纤维5份。其中聚Ca离子超吸水PVA纤维的合成制备方法如下：
步骤二：取6g丙烯酸、5g丙烯酸甲酯、4g二乙烯基苯，加入到含氯化钠以及明胶的100ml水溶液中，然后将2g超吸水PVA纤维经聚合反应后得到树脂。
在上述树脂中加入100ml20％浓度的氢氧化钠溶液中，在80℃下水解12小时。
将反应后的PVA纤维取出，在无水乙醇中洗涤，过滤后置于温度为70℃的烘箱中烘干180min，获得最终产物聚Ca离子超吸水PVA纤维。
步骤三：称取0.1g聚Ca离子超吸水PVA纤维置于烧杯中，在20℃、200ml浓度为30％的CaCl2自由分散，浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集，自然悬挂至不滴水后称重，测得聚Ca离子超吸水PVA纤维的吸水倍率为241倍。
步骤四：将称取好的硅酸盐水泥、水、聚Ca离子超吸水PVA纤维均匀混合得到聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料。
其中，步骤四中的聚Ca离子超吸水PVA纤维必须与水泥浆液充分混合均匀，防止因聚Ca离子超吸水PVA纤维在水泥浆液中混合不均匀，造成纤维成团，从而影响材料的强度及韧性等问题。
对本实施例制备的聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表13)，预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表14、15所示：
表13聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理
表14聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率
由试验结果可知，随着时间的增加，聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势，28天的抗压强度回复率可达到81.0％。
表15聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压
由试验结果可知，随着时间的增加，聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势，28天的抗渗水压可达2.0MPa，实验证明，该聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。
实施例6
聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按质量分数计称取原材料，包括硅酸盐水泥1000份，水460份，聚Ca离子超吸水PVA纤维6份。其中聚Ca离子超吸水PVA纤维的合成制备方法如下：
步骤二：取6g丙烯酸、5g丙烯酸甲酯、4g二乙烯基苯，加入到含氯化钠以及明胶的100ml水溶液中，然后将2g超吸水PVA纤维(PVA纤维的形貌如图2所示)经聚合反应后得到树脂。
在上述树脂中加入100ml 10％浓度的氢氧化钠溶液中，在140℃下水解12小时。
将反应后的PVA纤维取出，在无水乙醇中洗涤，过滤后置于温度为100℃的烘箱中烘干100min，获得最终产物聚Ca离子超吸水PVA纤维。
步骤三：称取0.1g聚Ca离子超吸水PVA纤维置于烧杯中，在20℃、200ml浓度为30％的CaCl2自由分散，浸泡1h后用100目尼龙布过滤收集，自然悬挂至不滴水后称重，测得聚Ca离子超吸水PVA纤维的吸水倍率为245倍。
步骤四：将称取好的硅酸盐水泥、水、聚Ca离子超吸水PVA纤维均匀混合得到聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料。
其中，步骤四中的聚Ca离子超吸水PVA纤维必须与水泥浆液充分混合均匀，防止因聚Ca离子超吸水PVA纤维在水泥浆液中混合不均匀，造成纤维成团，从而影响材料的强度及韧性等问题。
对本实施例制备的聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料先进行预加载处理(表16)，预加载产生微裂缝后对其抗压强度、渗透性等性能参数的测定结果如表17、18所示：
表16聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的预加载处理
表17聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率
由试验结果可知，随着时间的增加，聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗压强度回复率呈升高趋势，28天的抗压强度回复率可达到83％。
表18聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压
由试验结果可知，随着时间的增加，聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料的抗渗水压呈增长趋势，28天的抗渗水压可达2.2MPa，实验证明，该聚Ca离子超吸水纤维水泥基自修复材料具有良好的自修复性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，其特征在于：按质量份计，由以下组分组成：水泥500～1000份，水230～460份，聚Ca离子超吸水纤维2～6份；
所述聚Ca离子超吸水纤维为丙烯酸和丙烯酸酯在交联剂的作用下，与超吸水纤维混合聚合，得到树脂；将得到的树脂经碱水解，即可。
2.根据权利要求1所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，其特征在于：所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥700～900份，水300～400份，聚Ca离子超吸水纤维2～3份；
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥。
3.根据权利要求2所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，其特征在于：所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥750～850份，水350～400份，聚Ca离子超吸水纤维2～3份；
优选的，所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料，按质量份计，由以下组分组成：水泥800份，水368份，聚Ca离子超吸水纤维2份。
4.权利要求1-3任一所述聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：向丙烯酸和丙烯酸酯的混合溶液中加入交联剂和超吸水纤维，聚合得到树脂；
将树脂碱性水解，制得聚Ca离子超吸水纤维；
将聚Ca离子超吸水纤维、水泥和水按比例混合均匀，即得。
5.根据权利要求4所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，其特征在于：所述交联剂为二乙烯基苯。
6.根据权利要求4所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，其特征在于：所述超吸水纤维聚乙烯醇纤维，长度5～8mm，直径10～15μm。
7.根据权利要求4所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，其特征在于：超吸水纤维、丙烯酸、丙烯酸酯和交联剂的质量比为2：4-8：3-6：2-7。
8.根据权利要求4所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，其特征在于：丙烯酸和丙烯酸酯的溶剂为氯化钠和明胶的混合水溶液，溶剂中，氯化钠的质量百分数为10％-20％；明胶的质量百分数为0.5％-1.5％。
9.根据权利要求4所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，其特征在于：所述碱性水解步骤中，碱溶液为氢氧化钠溶液；
优选的，氢氧化钠溶液的质量百分数为5～30％；
优选的，氢氧化钠溶液的质量百分数为15～25％；
优选的，碱性水解的温度为80～140℃，水解时间为10-14小时。
10.根据权利要求4所述的聚钙离子超吸水纤维水泥基自修复材料的制备方法，其特征在于：聚合反应的温度为60-85℃，反应时间为2-6小时。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 周永元: "《纺织浆料学》", 31 January 2004, 中国纺织出版社 * |
| 汪多仁: "《绿色净水处理剂》", 30 November 2006, 科学技术文献出版社 * |
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