一种混凝土增强增韧用复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于材料领域，具体涉及一种混凝土增强增韧用复合材料及其制备方法。所述复合材料是原始埃洛石纳米管经活化处理的基础上，与亚硫酰氯反应，将埃洛石纳米管的表面羧基转化为酰氯官能团后，与双官能团有机化合物反应，再与三聚氯氰反应，得到表面存在活泼含氯三嗪环的埃洛石纳米管，最后与甲基纤维素通过亲核取代反应而制备得到。其能够在混凝土中充分分散，有效发挥材料协同增韧的效果，使混凝土整体具有良好的韧性、抗疲劳性及各向同性，是一种高性能混凝土增强增韧复合材料，其可以很方便地与其它混凝土制备材料混合分散均匀，再经标养后即可得到增韧混凝土制品，能满足跨海跨江大桥及隧道拱墙等方面的应用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土增强增韧用复合材料及其制备方法
本专利技术属于材料领域，具体涉及一种混凝土增强增韧用复合材料及其制备方法。
技术介绍
普通混凝土抗弯强度较低、脆性高。隧道拱墙及跨海跨江大桥等建筑的结构应力环境极为复杂，普通混凝土在使用中容易产生裂缝甚至断裂，严重影响建筑的安全和使用寿命，因此必须采用强度和韧性尽可能高的混凝土。本专利技术的混凝土增强增韧的复合材料，将增强增韧性能优异的埃洛石纳米管和甲基纤维素相结合，通过多步骤表面共价反应，形成了一种独特的复合体系，制备出的复合材料能够在混凝土中充分分散，有效发挥材料协同增韧的效果，使混凝土整体具有良好的韧性、抗疲劳性及各向同性，是一种高性能混凝土增强增韧复合材料。以埃洛石纳米管与甲基纤维素的质量含量比约为1:0.5的复合材料产品为例，采用水泥380kg/m3、该复合材料3.5kg/m3、细集料630kg/m3、粉煤灰40kg/m3、矿渣粉39kg/m3、碎石1000kg/m3、减水剂3.8kg/m3和水150kg/m3，制备的混凝土试样的抗弯强度为24MPa，拉伸强度为13MPa，抗压强度为82MPa。专利技术目的本专利技术的在于提供一种混凝土增强增韧用复合材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种混凝土增强增韧用复合材料，它是原始埃洛石纳米管经活化处理的基础上，与亚硫酰氯反应，将埃洛石纳米管的表面羧基转化为酰氯官能团后，与双官能团有机化合物反应，再与三聚氯氰反应，得到表面存在活泼含氯三嗪环的埃洛石纳米管，最后与甲基纤维素通过亲核取代反应而制备得到。该复合材料中，埃洛石纳米管与甲基纤维素的质量比为1:0.1-0.5。所述混凝土增强增韧用复合材料的制备方法，它包括以下步骤：1、将经活化处理的埃洛石纳米管和亚硫酰氯在有机溶剂P中，在40-55℃下搅拌6-15h后，在40kHz、200KW的超声波清洗机中于70-80℃下超声10-16h，然后以4000-5000rpm的转速离心30-40min，分离固体并经有机溶剂Q洗净后，再在25-35℃下真空干燥30-50h；2、将上述步骤1处理的埃洛石纳米管、双官能团有机化合物和三乙胺在有机溶剂P中混合，在50-60℃下搅拌5-15h后，在氮气保护下、在20kHz、150KW的超声波清洗机中于70-85℃下超声反应6-10h后，减压蒸除三乙胺和溶剂P，再经混合溶剂R洗净后，在10-20℃下真空干燥24-48h；3、将上述步骤2处理的埃洛石纳米管和三聚氯氰在四氢呋喃中混合，在0-10℃下搅拌12-24h，在40kHz、200KW的超声波清洗机中于0-10℃下超声3-8h后，再在0-10℃下反应24-72h后，经四氢呋喃洗净，在10-15℃下真空干燥24-56h；4、将上述步骤3处理的埃洛石纳米管在N,N’-二甲基甲酰胺中溶解后，加入到溶解有甲基纤维素的N,N’-二甲基甲酰胺溶液中，在10-20℃下搅拌5-10h，在在40kHz、300KW的超声波清洗机中于10-20℃下超声1-5h，在氮气保护下升温至40-60℃恒温反应36-56h后，再升温至80-95℃恒温反应24-48h，减压蒸除溶剂，用水洗净后，在40℃下真空干燥24-48h后得到复合材料产品。上述步骤1中经活化处理的埃洛石纳米管为6-30kg，亚硫酰氯为10-60kg；有机溶剂P为50-230L。上述步骤1中的有机溶剂P为甲苯、N-甲基吡咯烷酮或N,N’-二甲基乙酰胺中的一种或几种。上述步骤1中的有机溶剂Q为无水丙酮或四氯化碳。上述步骤2中的埃洛石纳米管为5-30kg；双官能团有机化合物为1-8kg；三乙胺为1-6L；有机溶剂P为50-220L。上述步骤2中的双官能团有机化合物为1,3-丙二胺、乙二胺和l,6-己二胺中的一种。上述步骤2中的混合溶剂R由乙醇、丙酮和水组成，其中乙醇、丙酮和水的体积比为2:2:6。上述步骤3中的埃洛石纳米管为5-20kg；三聚氯氰为0.5-5kg；四氢呋喃为60-230L。上述步骤4中的埃洛石纳米管为5-20kg；溶解埃洛石纳米管的N,N’-二甲基甲酰胺为50-200L；甲基纤维素为1-5kg；溶解甲基纤维素的N,N’-二甲基甲酰胺为10-50L。上述步骤4中的甲基纤维素的粘均分子量为3000-20000，取代度为0.5-2.0。在上述步骤1之前增加埃洛石纳米管的活化处理步骤：（1）取埃洛石纳米管，经机械粉碎处理并用350目筛选后待用；（2）在两个相同的15L尼龙罐中各装入60颗直径为5mm的不锈钢球和50颗直径为10mm的不锈钢球，然后分别加入经上一个步骤处理后的埃洛石纳米管6kg，再分别滴加600ml无水乙醇，并用尼龙盖密封。将两个球磨罐对称地放入行星式球磨机中，在转速为350rpm、且每30分钟自动转换旋转方向的条件下球磨40-56h后，得到平均长度为200-230nm的短切埃洛石纳米管。（3）取上一个步骤短切处理后的埃洛石纳米管加入到pH为8、浓度为15wt%的Tween20的水溶液中超声24h，过滤，用水洗净后，于68-70℃下真空干燥30h后待用。所述的埃洛石纳米管为市售产品，其主要规格：性状：白色粉末；组成：SiO2：58.1wt%、Al2O3：41.02wt%、TiO2：0.17wt%、Fe2O3：0.38wt%、P2O5：0.16wt%；其余为烧失量。管内径：15-22nm；管外径：40-70nm；长度：<1.5μm；比表面积：53.4m2/g；密度：2.5-2.6g/cm3。所述的吐温20为市售，其主要规格：性状：浅黄色粘稠液体；活性物：98-99%；酸值(KOHmg/g)：≤1.0；羟值(KOHmg/g)：80-108；HLB值：16.7；皂化值(KOHmg/g)：40-50；水份(%)：≤1.0。与已有技术相比，本专利技术的技术方案有如下有益效果：本专利技术所提供的可用于混凝土增强增韧的复合材料环境友好，在常规有机溶剂中具有良好的溶解性，在水中具有良好的分散性。该复合材料的制备条件容易满足，且原料来源丰富，成本较低。本专利技术的混凝土增强增韧的复合材料，将增强增韧性能优异的埃洛石纳米管和甲基纤维素相结合，通过多步骤表面共价反应，形成了一种独特的复合体系，能够在混凝土中充分分散，有效发挥材料协同增韧的效果，使混凝土整体具有良好的韧性、抗疲劳性及各向同性，是一种高性能混凝土增强增韧复合材料。本专利技术的混凝土增强增韧用复合材料可以很方便地与其它混凝土制备材料混合分散均匀，再经标养后即可得到增韧混凝土制品，能满足跨海跨江大桥及隧道拱墙等方面的应用要求。具体实施方式本专利技术首次以埃洛石纳米管和甲基纤维素为原料制备了一种可用于混凝土增强增韧的复合材料。以下结合具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明：实施例1首先对埃洛石纳米管进行活化处理：（1）取埃洛石，经机械粉碎处理并用350目筛选后待用；（2）在两个相同的15L尼龙罐中各装入60颗直径为5mm的不锈钢球和50颗直径为10mm的不锈钢球，然后分别加入经上一个步骤处理后的埃洛石纳米管6kg，再分别滴加600ml无水乙醇，并用尼龙盖密封。将两个球磨罐对称地放入行星式球磨机中，在转速为350rpm、且每30分钟自动转换旋转方向的条件下球磨50h后，得到平均长度为21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土增强增韧用复合材料的制备方法，其特征在于：由原始埃洛石纳米管经活化处理的基础上，与亚硫酰氯反应，将埃洛石纳米管的表面羧基转化为酰氯官能团后，与双官能团有机化合物反应，再与三聚氯氰反应，得到表面存在活泼含氯三嗪环的埃洛石纳米管，最后与甲基纤维素通过亲核取代反应而制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种混凝土增强增韧用复合材料的制备方法，其特征在于：由原始埃洛石纳米管经活化处理的基础上，与亚硫酰氯反应，将埃洛石纳米管的表面羧基转化为酰氯官能团后，与双官能团有机化合物反应，再与三聚氯氰反应，得到表面存在活泼含氯三嗪环的埃洛石纳米管，最后与甲基纤维素通过亲核取代反应而制备得到。2.根据权利要求1所述的混凝土增强增韧用复合材料的制备方法，其特征在于：该复合材料中，埃洛石纳米管与甲基纤维素的质量比为1:0.1-0.5。3.根据权利要求1所述的混凝土增强增韧用复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：（1）将经活化处理的埃洛石纳米管和亚硫酰氯在有机溶剂P中，在40-55℃下搅拌6-15h后，在40kHz、200KW的超声波清洗机中于70-80℃下超声10-16h，然后以4000-5000rpm的转速离心30-40min，分离固体并经有机溶剂Q洗净后，再在25-35℃下真空干燥30-50h；（2）将上述步骤（1）处理的埃洛石纳米管、双官能团有机化合物和三乙胺在有机溶剂P中混合，在50-60℃下搅拌5-15h后，在氮气保护下、在20kHz、150KW的超声波清洗机中于70-85℃下超声反应6-10h后，减压蒸除三乙胺和溶剂P，再经混合溶剂R洗净后，在10-20℃下真空干燥24-48h；（3）将上述步骤（2）处理的埃洛石纳米管和三聚氯氰在四氢呋喃中混合，在0-10℃下搅拌12-24h，在40kHz、200KW的超声波清洗机中于0-10℃下超声3-8h后，再在0-10℃下反应24-72h后，经四氢呋喃洗净，在10-15℃下真空干燥24-56h；（4）将上述步骤（3）处理的埃洛石纳米管在N,N’-二甲基甲酰胺中溶解后，加入到溶解有甲基纤维素的N,N’-二甲基甲酰胺溶液中，在10-20℃下搅拌5-10h，在在40kHz、300KW的超声波清洗机中于10-20℃下超声1-5h，在氮气保护下升温至40-60℃恒温反应36-56h后，再升温至80-95℃恒温反应24-48h，减压蒸除溶剂，用水洗净后，在40℃下真空干燥24-48h后得到复合材料产品。4.根据权利要求3所述的混凝土增强增韧用复合材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋国平，肖三霞，
申请(专利权)人：福建江夏学院，
类型：发明
国别省市：福建,35