一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，由水泥、碳纳米管、硅灰、减水剂、硅砂、粉煤灰、石英粉、钢纤维和水为原料制备而成，混合物中各组分含量以质量份数计算为：水泥1000-1200份，硅灰250-350份，矿渣粉250-350份，减水剂40-50份，硅砂1200-1400份，水180-230份，钢纤维190-230份，粉煤灰180-250份，石英粉80-120份，碳纳米管分散剂0.1-5份，碳纳米管粉末1-10份。本发明专利技术还提供了一种制备所述掺碳纳米管的活性粉末混凝土的方法。本发明专利技术得到的活性粉末混凝土抗压强度高达250-300MPa，抗折强度达到45-60MPa，高于传统RPC200级相关性能。同时，利用碳纳米管制得的活性粉末混凝土材料初裂强度得到极大提高，材料在直接拉伸状态下初裂强度达到10MPa，峰值应力对应拉伸应变达到0.5%以上，极大地提高了传统RPC材料韧性和强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑材料领域，属于一种具有超高强度和高韧性的水泥基复合材料，具体涉及一种掺碳纳米管的活性粉末混凝土及其制备方法。
技术介绍
活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete)是继高性能混凝土之后,在上世纪90年代由法国Pierre Richard等人采用常规材料开发出的具有超高强度、高耐久性、水泥基材料。RPC材料根据最紧密堆积原理，采用高致密水泥基均匀体系模型，以400-600微米的石英砂作为骨料，同时掺入一定体积的微钢纤维和活性矿物，并配以成型施压、热处理养护等方法，制备出的超高强度的水泥复合基材料。根据其组成和热处理方式的不同，这种混凝土的抗压强度可以达到200MPa至800MPa ;抗折强度为20_40MPa，是高强混凝土的4-6倍；断裂韧性高达40000J/m2，是普通混凝土的250倍；氯离子渗透性是高强混凝土的1/25，抗渗透能力极强。RPC可大大减小结构截面尺寸和制品自重，用于高层结构、高铁简支箱梁等要求承载力高的结构，增加结构使用空间；利用RPC的高抗渗性能，可制造用作输送腐蚀性液体的管道和固体废料处理容器；RPC的抗冲击、耐磨性也可应用于水利工程中易于磨损的部位以及军事防御工程。【专利技术者】查阅大量现有技术文献，活性粉末混凝土在工程中一般采用高压蒸汽养护，各项相关性能指标远低于本专利技术的技术参数，并且其对养护设备及现场施工条件要求较高，不利于RPC材料的推广。(2)本专利技术所述掺碳纳米管的活性粉末混凝土制备方法，首先将水泥、硅砂、石英粉、减水剂、硅灰、钢纤维、矿渣、粉煤灰混合均匀，使其均匀的分布在基体中，从而提高它们之间的反应活性；将特定量的碳纳米管分散到水溶液中，然后将其倒入胶凝材料中进行搅拌，可以使RPC材料中各组分混合均匀。最终得到的RPC材料流动性很好，便于成型和施工。通过本专利技术所述方法制备得到的RPC，在常压常温养护下的抗压强度达到为200MPa，抗折强度达到40MPa ;常压热养护条件下抗压强度达到为300MPa，抗折强度达到60MPa。具有生产工艺简单、强度高、韧性好、成本低、施工方便等优点。【附图说明】 图1为可以稳定保存三个月以上的碳纳米管分散液；图2为分散后的碳纳米管微观扫描图片；图3为碳纳米管在RPC材料中存在的微观图片。【具体实施方式】以下结合实施例并参考附图对本专利技术作进一步具体描述，但不局限于此。实施例中所使用的原料若非特指，均为公知的、市售化工原料，具体为:普通硅酸盐水泥:Ρ.052.5，市售；S95级矿渣粉比表面积≤400m2/kg, 7d活性指数≤75%, 28d活性指数≤95%，市售；S105矿渣粉比表面积≤500m2/kg, 7d活性指数≤95%，28d活性指数≤105%，市售；硅砂，粒径为100-600 μ m，平均粒径为200 μ m，细度模数为2.2，市售；娃灰，表观密度为150-250kg/m3,比表面积20_28m2/g,平均粒径为0.1-0.3 μπι,所述硅灰中无定形S12含量为≤90%，市售；所述水为工业用水；石英粉,粒径范围为5-50 μ m,所述石英粉中S12含量≤99%,市售；聚梭酸减水剂，固态粉末状，减水率为20% -30%，市售；钢纤维，形状为长直型或端钩型，钢纤维直径0.20mm,长度3_12mm，抗拉强度≥2000MPa,市售；多壁碳纳米管，性状为黑色粉末，其长度为5-15 μ m,直径20_60nm，市售；碳纳米管分散剂，市售；实施例1 (本实例中有三个产品，其编号分别记为1-1，1-2，1-3):本实施所述掺碳纳米管的活性粉末混凝土，包括P 052.5普通硅酸盐水泥、石英粉、硅灰、S105级矿渣粉、硅砂、工业用水、减水剂、端钩型钢纤维、碳纳米管、粉煤灰、碳纳米管分散剂。各组分质量如下表1所示，表一所示为掺碳纳米管活性粉末混凝土的配合比(表中所示为各组分质量的份数):本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，其特征在于它由水泥、碳纳米管、硅灰、减水剂、硅砂、粉煤灰、石英粉、钢纤维和水为原料制备而成，混合物中各组分含量以质量份数计算为：水泥1000‑1200份，硅灰250‑350份，矿渣粉250‑350份，减水剂40‑50份，硅砂1200‑1400份，水180‑230份，钢纤维190‑230份，粉煤灰 180‑250份，石英粉80‑120份，碳纳米管分散剂0.1‑5份，碳纳米管粉末1‑10份。

【技术特征摘要】
1.一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，其特征在于它由水泥、碳纳米管、硅灰、减水剂、硅砂、粉煤灰、石英粉、钢纤维和水为原料制备而成，混合物中各组分含量以质量份数计算为: 水泥1000-1200份，硅灰250-350份， 矿渣粉250-350份，减水剂40-50份， 硅砂 1200-1400 份，水 180-230 份， 钢纤维190-230份，粉煤灰180-250份， 石英粉80-120份，碳纳米管分散剂0.1-5份， 碳纳米管粉末1-1ο份。2.根据权利要求1所述的一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，其特征在于所述混合物中各组分中以质量分数计算最优的配合比含量为: 水泥1000份，硅灰300份， 矿渣粉300份，减水剂40份， 硅砂1400份，水200份， 钢纤维200份，粉煤灰200份， 石英粉100份，碳纳米管分散剂1份， 碳纳米管粉末5份。3.根据权利要求1所述的一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，其特征在于所述水泥为复合硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，28天抗压强度> 52.5MPa，抗折强度≥7.0MPa，水泥的比表积不小于360m2/kg。4.根据权利要求1所述的一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，其特征在于所述硅灰的比表面积20-28m2/g，其S12含量> 90%，所述减水剂为非缓凝型聚梭酸系高性能粉末状减水剂，其减水率> 30%。5.根据权利要求1所述的一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，其特征在于所述硅砂粒径范围0.1-0.6mm，所述石英粉粒径为5_50Mm，石英粉的S12含量> 99%。6.根据权利要求1所述的一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，其特征在于所述钢纤维形状为长直型和端钩型，直径0.2mm左右，长度为3-12mm，长径比> 30，抗拉强度≥ 2000MPa。7.根据权利要求1所述的一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，其特征在于所述矿渣粉为S95级矿渣粉或S105级矿渣粉，粉煤灰为一级粉煤灰，密度为2.6g/cm3。8.根据权利要求1所述的一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，其特征在于所述碳纳米管可由大规模工业化生产得到，纯度大于95%，平均管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆华，徐世烺，刘金涛，
申请(专利权)人：杭州固华复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33