本發明屬于建筑材料技術領域，涉及一種抗沖擊防腐水泥基復合材料及其制備方法。
背景技術：
當混凝土材料用于水下工程時，會受到水帶來的沖擊以及不同有害離子物質對混凝土的侵蝕和破壞。提高混凝土的防腐性可以通過提高混凝土的憎水性、增加混凝土的抗滲透能力來解決，也可以在混凝土表面涂防腐涂料，將混凝土與周圍的腐蝕介質隔離，達到防腐的目的。但這種方法工程造價較高，耐腐蝕時間短。
因此，近來發展出在混凝土的表面包裹一層具有優良的抗沖擊和抗腐蝕性的砂漿的方法，起到保護混凝土的作用。一般通過在砂漿中添加纖維改善砂漿的韌性及抗裂能力，提高砂漿的抗沖擊性能，常用的有玻璃纖維、鋼纖維、碳纖維、聚丙烯纖維等。當纖維增強水泥基復合材料出現裂縫后，纖維開始逐漸承擔起基體開裂處的全部載荷，從而使復合材料的極限彎曲強度得到提高，但總體來說，僅僅依靠添加纖維的方法對混凝土抗滲性能和抗沖擊性能、減少微裂縫等改善有限，不能達到施工要求。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種抗沖擊防腐水泥基復合材料及其制備方法，該水泥基復合材料具有優良的抗滲性能和抗沖擊性能，可用于嚴酷環境下混凝土的防腐和抗沖擊破壞。
為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：
提供一種抗沖擊防腐水泥基復合材料，所述抗沖擊防腐水泥基復合材料由膠凝材料、集料、鋼纖維、聚丙烯纖維、碳納米管、聚乙烯醇、減水劑、水組成，其中質量比膠凝材料：集料：水＝1:0.8-1:0.26-0.32，以凝膠材料質量為100份計，以下材料質量份為：鋼纖維0.6-1.0份，聚丙烯纖維0.5-0.8份，碳納米管1-1.5份，減水劑0.5-1份，聚乙烯醇0.18-0.32份。
按上述方案，所述膠凝材料按重量百分比計，其原料組成如下：水泥54-60％，礦粉15-22％，粉煤灰13-20％，硅灰2-6％。礦物摻合料能夠改善砂漿的防腐性能，摻和料的比例對抗滲有較大影響。
按上述方案，所述水泥為42.5R的普通硅酸鹽水泥；所述礦粉為S95級礦粉，其比表面積>0.4m2/g，28d活性指數大于72％；所述粉煤灰為二級粉煤灰，比表面積>1.2m2/g，28d抗壓強度比>60％；所述硅灰中二氧化硅含量不低于83％，燒失量小于5％，火山灰活性指數大于82％，比表面積不小于22m2/g。
按上述方案，所述集料為特細砂，細度模數為1.8-0.8，平均粒徑為0.025mm以下，表觀密度為2563kg/m3，含泥量不超過2.5％。
按上述方案，所述鋼纖維長度為12-15mm，直徑為0.18-0.23mm，密度7500Kg/m-3，抗拉強度>2500MPm，彈性模量>200GPa，斷裂延伸率<4.0％。
按上述方案，所述聚丙烯纖維直徑為20μm，長度為10-12mm，拉伸強度>630MPa，彈性模量>4.0GPa，斷裂延伸率<18％。
按上述方案，所述碳納米管中納米碳纖維含量>99.3％，管徑為15-20nm，長度為10-30μm，比表面積>200m2/g。納米尺寸的纖維應用于水泥基復合材料，尤其是納米碳纖維、碳納米管和石墨烯等，明顯改善了水泥基復合材料的韌性。與傳統的鋼筋和纖維相比，納米材料的優勢在于納米尺寸的微粒或者纖維作為增強材料，在水泥水化的開始階段能阻止微裂縫的形成和擴展。
按上述方案，所述聚乙烯醇固含量>99.0％。在砂漿中添加聚合物乳膠(聚乙烯醇)能達到提高砂漿抗沖擊性能的作用，聚合物顆粒能夠均勻的分布在水泥漿體中，混合物中較大空隙被有粘性的聚合物所填充。聚合物結構把水泥石連接在一起，即水泥石與聚合物交織纏繞在一起，因而改善了體系的結構形態。
按上述方案，所述減水劑為聚羧酸減水劑，其固含量大于96％。
本發明還提供上述抗沖擊防腐水泥基復合材料的制備方法，其步驟如下：將膠凝材料、集料、鋼纖維、聚丙烯纖維、碳納米管、聚乙烯醇、減水劑和水按比例稱重，先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復合材料。
本發明的有益效果在于：與現有技術相比，本發明提供的抗沖擊防腐水泥基復合材料通過復摻礦物摻合料(礦粉，粉煤灰，硅灰)和聚合物(聚乙烯醇)，使混凝土的內部結構更加密實，從而能夠有效地控制侵蝕性離子在混凝土結構中的擴散速率。另外，砂漿中加入了鋼纖維、聚丙烯纖維和碳納米管，利用傳統纖維和納米纖維合理復摻能夠提高砂漿的韌性，本發明提供的抗沖擊防腐水泥基復合材料具有良好的抗滲性能(28d抗滲壓力達0.6-0.7MPa)和抗沖擊性能(28d沖擊韌性達3208.49-3450.61N·m，初裂后繼續吸收能量的能力達373.13-394.57N·m)，適用于水下等嚴酷環境；本發明制備方法簡單，成本低廉，易于施工，采用優選的加料方式有利于復合材料成型，并且后期性能較好，能夠最優化利用復摻纖維的功能。
具體實施方式
為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
本發明實施例所用水泥為42.5R的普通硅酸鹽水泥；所用礦粉為S95級礦粉，其比表面積0.5m2/g，28d活性指數為75％；所用粉煤灰為二級粉煤灰，比表面積1.3m2/g，28d抗壓強度比71％；所用硅灰中二氧化硅含量85％，燒失量4％，火山灰活性指數84％，比表面積25m2/g；所用特細砂細度模數為1.1，平均粒徑為0.020mm，表觀密度為2563kg/m3，含泥量2.1％；所用鋼纖維長度為12mm，直徑為0.20mm，密度7500Kg/m-3，抗拉強度2600MPm，彈性模量210GPa，斷裂延伸率3.5％；所用聚丙烯纖維直徑為20μm，長度為10mm，拉伸強度650MPa，彈性模量4.5GPa，斷裂延伸率15％；所用碳納米管中納米碳纖維含量99.5％，管徑為20nm，長度為15μm，比表面積220m2/g，聚乙烯醇的固含量為99.2％，聚羧酸減水劑的固含量是98.4％。
實施例1
制備抗沖擊防腐水泥基復合材料，其原料及用量如下：水泥270g、粉煤灰90g、礦粉67.5g、硅灰22.5g、特細砂360g、鋼纖維3.6g、聚丙烯纖維2.7g、碳納米管5.4g、聚乙烯醇0.9g、聚羧酸減水劑3.6g、水117g。先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復合材料(砂漿)。
參照JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》標準對本實施例所得水泥基復合材料進行測試，砂漿的抗滲性測試結果：28d抗滲壓力為0.6MPa?？箾_擊性能測試結果：28d抗沖擊韌性W＝3324.83N·m，初裂后繼續吸收能量的能力ΔW＝386.28N·m。
實施例2
制備抗沖擊防腐水泥基復合材料，其原料及用量如下：水泥261g、粉煤灰81g、礦粉81g、硅灰27g、特細砂360g、鋼纖維3.15g、聚丙烯纖維2.25g、碳納米管4.5g、聚乙烯醇1.5g、減水劑3.15g、水117g。先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復合材料(砂漿)。
參照JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》標準對本實施例所得水泥基復合材料進行測試，砂漿的抗滲性測試結果：28d抗滲壓力為0.7MPa?？箾_擊性能測試結果：28d抗沖擊韌性W＝3450.61N·m，初裂后繼續吸收能量的能力ΔW＝394.57N·m。
實施例3
制備抗沖擊防腐水泥基復合材料，其原料及用量如下：水泥252g、粉煤灰85.5g、礦粉90g、硅灰27g、特細砂450g、鋼纖維4.05g、聚丙烯纖維2.25g、碳納米管5.4g、聚乙烯醇1.13g、減水劑2.7g、水144g。先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復合材料(砂漿)。
參照JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》標準對本實施例所得水泥基復合材料進行測試，砂漿的抗滲性測試結果：28d抗滲壓力為0.6MPa。抗沖擊性能測試結果：28d抗沖擊韌性W＝3208.49N·m，初裂后繼續吸收能量的能力ΔW＝373.13N·m。
實施例4
制備抗沖擊防腐水泥基復合材料，其原料及用量如下：水泥243g、粉煤灰90g、礦粉90g、硅灰27g、特細砂450g、鋼纖維4.5g、聚丙烯纖維3.15g、碳納米管4.5g、聚乙烯醇1.35g、減水劑3.15g、水144g。先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復合材料(砂漿)。
參照JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》標準對本實施例所得水泥基復合材料進行測試，砂漿的抗滲性測試結果：28d抗滲壓力為0.7MPa。抗沖擊性能測試結果：28d抗沖擊韌性W＝3292.16N·m，初裂后繼續吸收能量的能力ΔW＝379.45N·m。
實施例5
制備抗沖擊防腐水泥基復合材料，其原料及用量如下：水泥270g、粉煤灰58.5g、礦粉99g、硅灰22.5g、特細砂450g、鋼纖維4.1g、聚丙烯纖維3.15g、碳納米管4.7g、聚乙烯醇1.28g、減水劑3.15g、水144g。先將聚丙烯纖維、碳納米管、減水劑和聚乙烯醇加入到水中攪拌，隨后將膠凝材料和集料加入攪拌，再加入鋼纖維攪拌，最后澆注、振動成型即得到所述的抗沖擊防腐水泥基復合材料(砂漿)。
參照JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》標準對本實施例所得水泥基復合材料進行測試，砂漿的抗滲性測試結果：28d抗滲壓力為0.7MPa。抗沖擊性能測試結果：28d抗沖擊韌性W＝3278.16N·m，初裂后繼續吸收能量的能力ΔW＝374.13N·m。
由以上實施例可知本發明提供的抗沖擊防腐水泥基復合材料具有良好的抗滲性能(28d抗滲壓力達0.6-0.7MPa)和抗沖擊性能(28d沖擊韌性達3208.49-3450.61N·m，初裂后繼續吸收能量的能力達373.13-394.57N·m)，適用于水下等嚴酷環境。