[發明專利]一種多功能智能水泥及其制備方法

有效

• 申請號: 202210781279.6
• 申請日: 2022-07-04
• 公開（公告）號: CN115140958B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 歐陽博;喬豐羽;王茜;朱吉鵬;闞二軍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C04B7/48
• 分類號: C04B7/48;C04B7/51
• 代理公司: 武漢欣博智慧知識產權代理事務所(普通合伙) 42277
• 代理人: 于福

本發明公開了一種多功能智能水泥及其制備方法。相較于傳統混合法改性水泥材料，本發明采用低氣壓旋轉等離子體技術在常溫環境中改性粉體材料，改性后的粉體材料表面可實現不同比例的摻雜。在水化反應后，形成的水泥塊體具備更優異的力學、電學、電磁學特性。該方法包括如下步驟：采用輝光等離子體放電，改性水泥粉體表面結構，增強水泥顆粒之間的連接性與離子化特性，提高水化后水泥結構的各項性能。該方法主要采用氮氣這一環境友好氣體作為反應源，危害更小，成本更低。本發明在一定程度上解決了水泥結構在工程中遇到的相關問題，具有突出的經濟效益與社會效益。

技術領域

本發明涉及建筑材料制造方法與技術領域，特別是一種同步提高水泥材料的力學性能、電學性能和電磁吸波性能的制備方法。

背景技術

隨著社會生產的不斷進步，水泥基復合材料由于其結構承載性能的單一性，已不能滿足社會對建筑材料的需求。如何使水泥基復合材料同步具備高導電性、高電磁吸波特性等多種性能是21世紀智能水泥材料的重點技術難題。傳統工藝主要通過往水泥中添加高分子、纖維、金屬粉末、碳材料等，制備出增強或改性的高性能水泥基復合材料。在普通水泥基復合材料的基礎上，因為摻雜材料的性質不同，對水泥基復合材料的各方向上都有不同程度的性能提升，不僅包括結構承載功能及耐久性的提升，更是在導電性能、壓敏性能、導熱性能、電磁屏蔽與吸波性能、耐磨性能、耐腐蝕性能等方面有著巨大的提升。早在20世紀60年代，蘇聯學者就提出摻加炭黑來提升水泥基復合材料的導電性。為了能使摻雜物質能夠均勻的分散到水泥基復合材料當中去，從一開始的攪拌摻雜到后來的超聲分散，摻雜的方式變得越來越科學。然而即使摻雜前對摻雜物質進行充分的分散，在水泥攪拌成型的過程中，也依然會出現摻雜物質團聚，尤其在高分子添加物方面，因其密度過小，易出現摻雜不均等現象。以上會出現上浮現象。這些問題是阻礙摻雜型水泥基復合材料發展的嚴重問題。因此，現階段亟需一種能實現高效均勻摻雜水泥基復合材料以提升其性能的有效方法。

發明內容

鑒于現有技術中存在的問題，本發明一種多功能智能水泥的制備方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟(1)：將水泥顆粒過篩得到200-300目的水泥粉體；

步驟(2)：將所述水泥粉體在真空腔中通入氮氣進行輝光放電，得到表面改性水泥粉體；期間含氮粒子作用于所述水泥粉體的表面，形成均勻的氮摻雜結構，摻雜的氮替代了所述水泥粉體中的氧，在所述水泥粉體水化過程中形成了硝酸鈣與亞硝酸鈣；

步驟(3)在等離子體處理后，關閉射頻輝光放電設備，取出所述面改性水泥粉體；

步驟(4)對所述面改性水泥粉體進行水化反應，獲得改性的水泥塊體材料。

優選地，在步驟(2)中，具體包括以下步驟：

步驟(2-1)將所述的水泥顆粒放置于旋轉等離子體設備的真空腔內；

步驟(2-2)真空腔內通入氮氣為10～300sccm，腔體氣壓在10～80Pa；

步驟(2-3)等離子體改性時間為1～20min；

步驟(2-4)等離子體設備的輝光放電功率為100～1000W；

步驟(2-5)等離子體設備的電極間距在10～80cm；

步驟(2-6)腔體旋轉速度在5-30轉/分鐘。

優選地，步驟(2-1)中，所述水泥顆粒為硅酸鹽、磷酸鹽和硅鋁酸鹽中的任意一種水泥粉體。

優選地，步驟(2-2)中，所述工作氣體為氫氣、氬氣、空氣、氧氣和氮氣中的兩種以上的混合氣體。

優選地，步驟(2-4)中，進行輝光放電的供電方式為直流供電、交流供電或脈沖供電。

本發明還提供了一種多功能智能水泥粉體，由上述的多功能智能水泥的制備方法而制備得到。