本發明涉及混凝土，具體為一種抗裂抗凍纖維復合混凝土的制備方法。
背景技術：
1、在建筑工程領域，混凝土作為應用最為廣泛的基礎材料，其性能直接關乎建筑結構的質量與安全。尤其在寒冷地區，混凝土結構常年經受嚴峻的凍融循環考驗。普通混凝土內部存在大量孔隙，在低溫環境下，孔隙中的水分會結冰膨脹，反復的凍融作用如同在混凝土內部施加了周期性的破壞力，導致混凝土出現開裂、剝落等病害，極大地削弱了結構的耐久性。
2、同時，混凝土受自身特性影響，在溫度變化、干縮等因素作用下，極易產生裂縫。這些裂縫不僅降低了混凝土結構的承載能力，還會破壞其防水性能，為外界侵蝕性介質的侵入提供通道，加速結構的劣化。在此背景下，開發具備優異抗凍抗裂性能的纖維復合混凝土成為行業當務之急。該材料能有效改善混凝土在寒冷環境下的性能，顯著提升建筑結構的穩定性與使用壽命，滿足復雜環境下建筑工程的嚴苛要求。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種抗裂抗凍纖維復合混凝土的制備方法，以解決現有技術中存在的問題。
2、為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種抗裂抗凍纖維復合混凝土，所述抗裂抗凍纖維復合混凝土的制備方法包括以下步驟：
3、（1）將仿生蜘蛛絲通過硅烷偶聯劑羥基化后，按質量比1∶100~200浸泡在質量分數為2%的微生物的礦化液中，加入仿生蜘蛛絲質量0.01~0.03倍的光響應性納米材料，用藍光、綠光、紅光比例為?3:2:1的混合led光源、光強1000lux、25~35℃平行光照30min，進行“光照30min-靜置90min”礦化循環至形成蜂窩狀礦化層后，以“沉積-吸附”的方式，直至形成“纖維-礦化層-纖維”的三明治結構的仿生蜘蛛絲，30~40℃下干燥至恒重，得到自制仿生蜘蛛絲固體；
4、（2）將含有微腔室的聚乳酸、無水氯化鈣、有機溶劑按質量比10∶1∶100均勻混合，在30~35℃、40~50khz超聲30min后，40℃干燥6h得到填充無水氯化鈣的聚乳酸；再將聚乙烯醇與乙二醇共聚物、填充無水氯化鈣的聚乳酸、催化劑、有機溶劑按質量比10∶5∶0.5∶150混合，在30~35℃下、300~400rpm攪拌反應4~6h后，靜電紡絲2~6h，40℃下干燥6h，得到自制復合納米纖維；
5、（3）將300~400重量份的水泥、600~800重量份的砂、1100~1300重量份的石、160~200重量份的水、5重量份的外加劑，3~5重量份自制仿生蜘蛛絲固體、3~5重量份自制復合纖維、60~100重量份摻和料以500rpm攪拌均勻，即可制得抗裂抗凍纖維復合混凝土。
6、進一步的，步驟（1）所述仿生蜘蛛絲的制備步驟為：將表達有重組蜘蛛絲蛋白的重組大腸桿菌濕菌體以1∶10的質量比溶解在含300mm氯化鈉的重懸浮液中，在4℃下、以300rpm攪拌1h后，經過高壓勻漿機進行破壁處理，以離心速度為8000~12000rpm離心10min，然后收集上清液，將上清液通過鎳柱親和層進行分離純化，利用ph8.0的含70mm咪唑的緩沖溶液洗脫雜蛋白，再用ph8.0含250mm咪唑的緩沖溶液洗脫目標蛋白，得到重組蜘蛛絲蛋白液，將所得溶液轉移至透析袋中，截留分子量10kd，在去離子水中透析72h，去離子水8h更換1次，將透析后的蛛絲蛋白溶液在-80℃下冷凍干燥，得到仿生蜘蛛絲凍干粉；按質量比1∶4取仿生蜘蛛絲凍干粉溶解于六氟異丙醇中，以100rpm攪拌15min后，40khz超聲15min得到紡絲溶液；將紡絲溶液裝入帶有外徑0.9mm、內徑0.6mm金屬針頭的注射器中，連接到靜電紡絲設備上，設置噴頭與接收板之間的距離為15cm，電壓為20kv，溶液流速為0.5ml/h，在接收板上放置一個旋轉的圓柱體收集裝置，圓柱體的轉速為500rpm，使纖維在收集時形成螺旋狀；將收集到的螺旋狀纖維在40℃下干燥箱中干燥24h，得到螺旋狀納米級仿生蜘蛛絲。
7、進一步的，步驟（1）所述硅烷偶聯劑為：γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（kh560）。
8、進一步的，步驟（1）所述羥基化的步驟為：將kh560按體積比1∶3加入到去離子水中，在35℃下以250rpm攪拌2h進行水解反應；將螺旋狀納米級仿生蜘蛛絲按質量比1∶5與kh560的水解液在60℃下、以300rpm攪拌混合8h，取出仿生蜘蛛絲，以無水乙醇洗滌2~4次，40℃干燥至恒重得到羥基化的仿生蜘蛛絲。
9、進一步的，步驟（1）所述光響應納米材料為：直徑為20nm的硫化鉬顆粒。
10、進一步的，步驟（1）所述微生物為：巴氏芽孢八疊球菌。
11、進一步的，步驟（1）所述礦化液為：將6g酵母提取物、5g氯化鈉、6g尿素、2g麩皮、12g氯化鈣與1000ml去離子水組成的溶液。
12、進一步的，步驟（2）所述含有微腔室的聚乳酸的制備過程為：將純度≥98%的乳酸加入反應釜中，按乳酸與對甲苯磺酸質量比為100∶3加入對甲苯磺酸，在100~120℃下進行預聚反應2h；預聚反應完成后，逐漸升高反應溫度至180~220℃，并在真空度為10-3kpa下進行縮聚反應，隨著反應的進行，低分子量的聚乳酸繼續縮聚，分子量不斷增加，使聚乳酸的分子量達到100000~150000；將上述分子量100000~150000的聚乳酸按體積比1∶15溶于二氯甲烷制得聚乳酸溶液；使用聚乙烯醇作為表面活性劑，將聚乙烯醇溶解在去離子水中，配制成質量濃度為1~3%的聚乙烯醇水溶液作為水相溶液；通過注射泵分別將聚乳酸溶液和水相溶液以1∶5的流速比注入到微流控芯片的流道中，在流道的交匯點或特定的結構處，兩種流體相互作用，聚乳酸溶液在水相溶液的作用下形成液滴，進而在表面張力等作用下收縮形成粒徑為20μm的微腔室。
13、進一步的，步驟（2）所述聚乙烯醇與乙二醇共聚物的制備過程為：將聚乙烯醇加入到三口燒瓶中，加入去離子水，在80~90℃的水浴溫度下，以150~250rpm的攪拌速率攪拌至完全溶解，得到均勻的聚乙烯醇水溶液；待聚乙烯醇水溶液冷卻至40~50℃，加入乙二醇，繼續攪拌15~20min，使其充分混合，繼續加入過硫酸鉀，用氫氧化鈉溶液（0.1mol/l）調節反應體系的ph值至7~8，然后升溫至65~75℃，在200~300rpm的攪拌速率下進行聚合反應直至目標產物分子量到達5000~10000；將反應產物進行蒸餾，除去未反應的原料和水分，然后將產物在干燥箱中40~50℃干燥至恒重，得到分子量5000~10000、納米級的聚乙烯醇與乙二醇共聚物；其中聚合度1700的聚乙烯醇∶乙二醇∶去離子水∶過硫酸鉀的質量比為1∶1∶15∶0.02。
14、進一步的，步驟（2）所述有機溶劑為：體積比3∶1的二氯甲烷與n,n?-二甲基甲酰胺的混合溶劑。
15、進一步的，步驟（2）所述靜電紡絲裝置為：由0.6~1.6mm的噴絲頭、20~50kv的高壓電源、500rpm~1500rpm的滾筒組成。
16、進一步的，步驟（3）所述外加劑為：聚羧酸系減水劑，所述摻和劑為：粉煤灰摻合料。
17、與現有技術相比，本發明所達到的有益效果是：
18、本發明采用仿生蜘蛛絲纖維與微生物礦化技術相結合并添加自制復合納米纖維以實現抗裂抗凍的效果。
19、首先，本發明將預處理后的仿生蜘蛛絲通過硅烷偶聯劑羥基化后，浸泡在含有能分泌脲酶的微生物的礦化液中，添加光響應性納米材料，通過調節光照參數，誘導碳酸鈣晶體在仿生蜘蛛絲表面形成蜂窩狀排列，再通過交替沉積仿生蜘蛛絲纖維和微生物礦化層，形成“纖維-礦化層-纖維”的三明治結構，該結構與仿生蜘蛛絲的螺旋結構以及微生物在纖維表面沉積的蜂窩狀礦化層共同作用下，可以極大提高混凝土的界面強度，有效抑制混凝土收縮裂縫，礦化層還可以提高纖維的耐腐蝕性以及抗凍性，并且微生物會在裂縫中活化，通過礦化反應填充裂縫，使得混凝土不僅具有很強的抗裂性的同時還具有自修復性。
20、其次，本發明采用的復合纖維以聚乙烯醇與乙二醇共聚物作為納米纖維的主體材質，共聚物分子鏈兩端鏈接有聚乳酸，由于聚乳酸含有微腔室，腔室內填充無水氯化鈣，聚乳酸腔室上的端羧基在催化劑的作用下，與聚乙烯醇與乙二醇共聚物的羥基反應形成酯鍵，從而實現聚乳酸微腔室與線性共聚物主體的化學鍵合，再將其通過靜電紡絲技術制得自制納米纖維膜，添加入混凝土中。聚乙烯醇本身具有良好的親水性，分子鏈上的羥基能夠與水分子形成氫鍵，從而使纖維表面容易吸附水分子，纖維吸入混凝土中自由水的同時往兩端傳輸后，與微腔室內的無水氯化鈣反應產生熱量，提高混凝土的抗凍性；并且氯化鈣是常用的降低水冰點的物質，其水溶液的冰點可顯著低于純水，進一步增強了納米纖維整體降低水冰點的效果。極大的提高了混凝土的抗凍性；乙二醇的羥基可以與混凝土中的鈣離子進行絡合，進一步提升混凝土的強度，增強抗裂性。纖維膜的納米結構因其高比表面積，納米纖維與水泥水化產物（c-s-h凝膠）形成機械咬合，使界面過渡區縮小，有效抑制裂縫的擴展。