水泥是粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后形成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。水泥有许多优点，如：1、混凝土在凝结前具有良好的塑性，可浇筑成各种形状和大小的构件或结构物；2、混凝土与钢筋之间具有牢固的粘结力，可做成钢筋混凝土构件或结构物；3、混凝土硬化后具有抗压强度高和耐久性良好的特性，可作为长期使用的承重构件或结构物；4、其组成材料中的砂石等地方性材料的用量很大，符合就地取材和经济实惠原则；5、配置较为灵活，可以通过改变材料的组成来满足工程要求。因为这些优点，水泥成为了建设楼房和道路的首选材料。国土资源部工程师张洪涛曾表示，目前中国已成为矿产品生产和消费大国，其中水泥的产量和消费量均居世界第一位，《环球时报》记者的采访也提到，2011年至2013年是中国水泥使用的高峰期，这三年使用了近64亿吨水泥。但是市面上的水泥也存在着一些缺点，最常见的质量通病就是，水泥的干缩性强，容易产生裂纹，从而发生脆性破坏。随着雨水的侵蚀，裂纹处会发生进一步的破坏，从而有可能发生严重的断裂情况。这使水泥材料的应用受到了极大的阻碍，成为目前急需解决的问题。

超分子凝胶（supramolecular gel）是指将少量（质量分数为0.1%～10%）的低分子量凝胶因子溶于有机溶剂或水，当体系温度下降到低于凝胶形成温度时，整个溶液成为可以固定不动并支撑自身的重量的状态（将试管倒置，若没有液体沿试管壁流下，则说明凝胶已形成）。凝胶因子通过分子间氢键、π-π堆积、疏水相互作用、范德华力和电子转移相互作用等分子间非共价键相互作用，自组装形成线型、纤维状或带状结构，继而形成三维网络结构，阻止了溶剂分子的流动，从而使整个体系凝胶化，在许多方面都有很好的应用前景，特别是在制备响应外界刺激凝胶方面具有重要的应用。

本设计拟制备可用于水泥基材料自修复的均苯四甲酸-对羟基吡啶超分子水凝胶。水泥产生裂缝之后，空气中的水蒸气或者雨水会渗入水泥基材料之中，导致材料pH发生变化。而制备的超分子水凝胶能响应外界pH变化的刺激，释放出修复因子（磷酸根），与水泥基材料中的钙离子形成沉淀（羟基磷灰石），达到修复水泥基材料裂缝的目的。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：

原料：均苯四甲酸、对羟基吡啶、二甲基亚砜（DMSO）

过程：按摩尔比1:2的比例向装有干燥管、磁力搅拌、回流冷凝管的三口瓶中加入均苯四甲酸和对羟基吡啶，再加入DMSO，升温搅拌反应，冷却后将反应液倒入氯仿中沉淀，并对产物进行洗涤，得到凝胶因子。将凝胶因子溶于去离子水制得超分子水凝胶。

磷酸根的引入：将磷酸根盐和凝胶因子一起放在水溶液中，然后升温使凝胶因子完全溶解在水中，随后降至室温，得到含有磷酸根的超分子水凝胶。

材料表征：用ATR-FTIR红外分析仪测定制得水凝胶的红外图谱，用DSC差式扫描量热仪测定制得水凝胶的DSC曲线，使用流变仪测定超分子水凝胶的流变性能，使用扫描电镜对超分子水凝胶进行表征。