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一种多壁碳纳米管混凝土制造技术

技术编号:18999011 阅读:39 留言:0更新日期:2018-09-22 04:53
本发明专利技术公开了一种多壁碳纳米管混凝土,其包括:自来水,粗骨料,细骨料,聚羧酸盐,多壁碳纳米管;所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O42.5,所述粗骨料为连续级配的石灰石碎石,粒径范围为5mm‑12.5mm;所述细骨料的细度模数为2.7,属于中砂;所述混凝土的水灰比为0.28;其特征在于,所述混凝土中掺入多壁碳纳米管的掺入量为水泥质量的0.4%。本发明专利技术一种多壁碳纳米管混凝土,使水灰比为0.28的混凝土的抗折强度、混凝土的收缩率、抗开裂等性能显著改良。

Multi walled carbon nanotubes concrete

The invention discloses a multi-walled carbon nanotube concrete, which comprises tap water, coarse aggregate, fine aggregate, polycarboxylate and multi-walled carbon nanotube; the cement is a common portland cement P.O42.5, the coarse aggregate is a continuous graded limestone macadam with a diameter range of 5mm_12.5mm; and the fineness modulus of the fine aggregate is 2. 7, belonging to medium sand; the water cement ratio of the concrete is 0.28; and the concrete is characterized in that the amount of multi-walled carbon nanotubes added into the concrete is 0.4% of the cement quality. The invention relates to a multi-wall carbon nanotube concrete, which can significantly improve the flexural strength, shrinkage and cracking resistance of the concrete with water cement ratio of 0.28.

【技术实现步骤摘要】
一种多壁碳纳米管混凝土
本专利技术涉及增强混凝土,特别是涉及用多壁碳纳米管增强水灰比为0.28的混凝土。
技术介绍
水泥混凝土是目前运用最为广泛的建筑工程材料,但其本身存在抗拉强度低、韧性差等缺点,近年来随着超高强混凝土的推广使用,工程结构物发生裂缝是一个普遍性的现象,严重影响混凝土结构的耐久性和安全性。目前世界各国因混凝土结构物开裂问题带来的维修费用居高不下,严重制约土木行业的可持续发展。碳纳米管(CarbonNanotube,CNT)是改善水泥混凝土力学性能的有效组分之一。1991年,Lijima首先通过透射电子显微镜发现碳纳米管材料,该种材料属于一维纳米材料,具有优异的力学性能,其抗拉强度最高可达200GPa,弹性模量可达1TPa。根据结构的不同,碳纳米管可分为单壁结构和多壁结构。多壁碳纳米管由于制备和提纯技术要求不高,且价格相对较低,目前已经得到大规模的生产和运用。自被发现以外,碳纳米管材料被广泛地运用与增强陶瓷、合金、聚合物等复合材料,取得了很多实用性的成果。但碳纳米管在增强水泥基材料的研究中起步相对较晚。现有研究表明,碳纳米管材料的掺入,可以不同程度地提高水泥基材料的抗拉强度、抗压强度、弹性模量、断裂韧性、抗冻性和抗渗透性等。然而,当前有关碳纳米管对水泥混凝土的抗开裂性影响的研究还相对较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用多壁碳纳米管增强水灰比为0.28的混凝土,以解决现有的水灰比为0.28的混凝土抗拉强度、抗压强度、弹性模量、断裂韧性、抗冻性和抗渗透性不强的技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:一种多壁碳纳米管混凝土,所述混凝土包括水泥,自来水,粗骨料,细骨料,聚羧酸盐,多壁碳纳米管;所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O42.5,所述粗骨料为连续级配的石灰石碎石,粒径范围为5mm-12.5mm;所述细骨料的细度模数为2.7,属于中砂;所述混凝土的水灰比为0.28;,其特征在于,所述混凝土中掺入多壁碳纳米管的掺入量为水泥质量的0.4%。本专利技术如上所述的一种多壁碳纳米管混凝土,进一步,所述多壁碳纳米管的长度为10-30μm,直径为10-25nm,纯度不低于95%,比表面积不低于140m2/g。本专利技术的有益效果是:利用本专利技术一种多壁碳纳米管混凝土,使水灰比为0.28的混凝土的抗折强度显著提高,混凝土的收缩率显著减少,抗开裂性能显著提高。附图说明图1为本专利技术实施例的多壁碳纳米管材料及其水溶液;图2为本专利技术实施例的混凝土收缩试验装置;图3为本专利技术实施例的混凝土环形约束试验装置;图4为本专利技术实施例的不同CNT掺量混凝土的抗折强度;图5为本专利技术实施例的不同CNT掺量混凝土收缩应变;图6为本专利技术实施例的钢环应变发展;图7为本专利技术实施例的混凝土开裂时间与CNT掺量关系;图8为本专利技术实施例的混凝土环裂缝宽度测试点;图9为本专利技术实施例的混凝土环裂缝宽度与CNT掺量关系。具体实施方式在下文中,将参照附图描述本专利技术的一种多壁碳纳米管混凝土的实施例。在此记载的实施例为本专利技术的特定的具体实施方式,用于说明本专利技术的构思,均是解释性和示例性的,不应解释为对本专利技术实施方式及本专利技术范围的限制。除在此记载的实施例外,本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案,这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。本说明书的附图为示意图,辅助说明本专利技术的构思,示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意,为了便于清楚地表现出本专利技术实施例的各部件的结构,各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。实施例:针对水灰比为0.28的水泥混凝土,掺入质量分数为水泥质量的0%、0.2%和0.4%的多壁碳纳米管,开展抗折强度试验、收缩试验和环形约束收缩试验,分析碳纳米管掺量对混凝土开裂性能的影响规律,以期为混凝土工程建设提供参考。试验所用的混凝土材料配合比如表1所示,混凝土的水灰比为0.28。水泥为普通硅酸盐水泥P.O42.5。粗骨料为连续级配的石灰石碎石,粒径范围为5mm-12.5mm。细骨料的细度模数为2.7,属于中砂。拌合水为自来水。为提高拌合料的工作性,采用聚羧酸盐系高效减水剂。多壁碳纳米管的掺量分别为水泥质量的0%,0.2%和0.4%,其物理参数如表2所示。表1混凝土材料配合比表2多壁碳纳米管的物理指标制备多壁碳纳米管混凝土的方法:称取所需的多壁碳纳米管材料加入拌合水中,手工初步搅拌后将碳纳米管水溶液放入频率为50kHz的超声仪水槽中振动25min,待多壁碳纳米管材料均匀分散在水溶液中(如图1所示),将其加入混凝土干料中进行搅拌,搅拌时间为180s,最后成型相应的测试试件,放在温度为20±2℃,相对湿度为95%的标准养护室内进行养护。1.抗折强度试验混凝土抗折强度试验的试件尺寸为400mm×100mm×100mm,在标准养护至1d、3d、7d和28d后进行测试,有关测试步骤根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)进行操作。每组试验进行3次平行试验,取平均值为抗折强度。2.收缩试验收缩试验的试件尺寸为400mm×100mm×100mm,在标准养护1d后,移置恒温恒湿条件(20±2℃,50±5%)中测试收缩应变,每组试验进行3次平行试验,采用千分表读取收缩应变值,千分表精度为0.001mm,收缩装置如图2所示。3.环形约束试验混凝土环形约束试验依据ASTMC1581标准进行测试,试验设备如图3所示。其中钢环的内径为305mm壁厚为15mm。混凝土环的内径为320mm,壁厚为40mm,高度为150mm。混凝土环试件浇筑前,在钢环内壁距离底部75mm,4等分点处贴应变片,通过测试钢环因混凝土挤压作用产生的变形来分析混凝土的抗开裂性能。混凝土环试件浇筑1d后拆掉外钢环,并置于与收缩试验相同的环境进行测试。试验结果与分析1.抗折强度不同掺量的碳纳米管混凝土的抗折强度随时间发展结果如图4所示。由图4可以看到,碳纳米管掺量为0%、0.2%和0.4%试验组的抗折强度均随着龄期的增加而增大,该现象主要与水泥水化反应随时间不断进行有关。由图4还可看到,在碳纳米管掺量为0%-0.4%的范围内,不同龄期下掺碳纳米管的混凝土的抗折强度均要大于素混凝土的抗折强度,且碳纳米管的掺量越大,混凝土的抗折强度越高。例如,掺0.2%和0.4%碳纳米管的混凝土28d抗折强度分别比素混凝土的抗折强度高13.6%和21.3%,其原因与碳纳米管在混凝土中起到了预期的增强效果有关。此外,现有研究表明,碳纳米管材料在混凝土中存在一个最优掺量,一旦超过该掺量,碳纳米管混凝土的强度随着掺量的增加而下降。由图4推测可知,对于本研究采用的混凝土,0%-0.4%的碳纳米管掺量仍位于最优掺量范围内,且超声振荡方式能将碳纳米管材料均匀地分散在混凝土中。2.收缩应变不同掺量的碳纳米管混凝土在相对湿度为50%环境下的收缩应变如图5所示。三组试验的收缩应变均随着龄期的增加而增大,其原因与混凝土的水化反应消耗水分以及干燥失水有关。在0%-0.4%碳纳米管掺量范围内,碳纳米管的掺量越大,混凝土的收缩应变越小。当碳纳米管掺量从0%增加至0.4%时,混凝土50d的收缩应变本文档来自技高网...
一种多壁碳纳米管混凝土

【技术保护点】
1.一种碳纳米管混凝土,所述混凝土包括水泥,自来水,粗骨料,细骨料,聚羧酸盐,多壁碳纳米管;所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O42.5,所述粗骨料为连续级配的石灰石碎石,粒径范围为5mm‑12.5mm;所述细骨料的细度模数为2.7,属于中砂;所述混凝土的水灰比为0.28;其特征在于,所述混凝土中掺入多壁碳纳米管的掺入量为水泥质量的0.4%。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管混凝土,所述混凝土包括水泥,自来水,粗骨料,细骨料,聚羧酸盐,多壁碳纳米管;所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O42.5,所述粗骨料为连续级配的石灰石碎石,粒径范围为5mm-12.5mm;所述细骨料的细度模数为2.7,属于中砂;所述混...

【专利技术属性】
技术研发人员:段云涛王焱翁梅
申请(专利权)人:段云涛
类型:发明
国别省市:河南,41

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