一种高韧性碳纳米管预拌混凝土及制备方法技术

本申请涉及建筑材料领域，具体公开了一种高韧性碳纳米管预拌混凝土及制备方法。预拌混凝土由包含以下重量份的原料制成：碎石1000～1200份、细砂600～700份、硅酸盐水泥280～320份、去离子水120～160份、粉煤灰25～65份、聚羧酸减水剂2～5份、柠檬酸1～4份以及占所述硅酸盐水泥总重0.1～0.2%的碳纳米管；碳纳米管在投入使用前先进行预处理；制备方法具体包括：在常温状态下，按重量份称取上述组分备用；先将碎石、细砂、硅酸盐水泥、去离子水以及聚羧酸减水剂搅拌均匀，制成初级拌合物；再向初级拌合物中加入碳纳米管，搅拌后加入粉煤灰与柠檬酸，拌合均匀制得透水混凝土成品。本申请混凝土中的碳纳米管分散均匀，混凝土的力学性能得以提升。以提升。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性碳纳米管预拌混凝土及制备方法


[0001]本申请涉及建筑材料
，更具体地说，它涉及一种高韧性碳纳米管预拌混凝土及制备方法。

技术介绍

[0002]随着商品混凝土在我国的蓬勃发展，混凝土行业已然成为建筑材料领域的支柱行业。混凝土因其具有原料丰富、价格低廉、生产工艺简单的特点，逐渐成为当代最主要的土木工程材料之一，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业、机械工业、海洋的开发、地热工程等行业，混凝土也是重要的材料。
[0003]碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。碳纳米管具有优异的力学性能与化学稳定性，因此，可将其应用于混凝土领域。在制备混凝土的过程中加入碳纳米管以提升混凝土的韧性、强度等性能，以进一步扩大混凝土的应用领域。
[0004]针对上述中的相关技术，专利技术人认为碳纳米管的分散性差，在混凝土体系中容易团聚，当碳纳米管发生比较严重的团聚问题时，混凝土的力学性能反而会下降。

技术实现思路

[0005]为了提高碳纳米管在混凝土体系中的分散性以提升混凝土的力学性能，本申请提供一种高韧性碳纳米管预拌混凝土及制备方法。
[0006]第一方面，本申请提供一种高韧性碳纳米管预拌混凝土，采用如下的技术方案：一种高韧性碳纳米管预拌混凝土，由包含以下重量份的原料制成：碎石1000～1200份、细砂600～700份、硅酸盐水泥280～320份、去离子水120～160份、粉煤灰25～65份、聚羧酸减水剂2～5份、柠檬酸1～4份以及占所述硅酸盐水泥总重0.1～0.2％的碳纳米管；所述碳纳米管在投入使用前先进行预处理，所述预处理方法为：1)将聚丙烯酰胺分散至去离子水中，搅拌使其完全溶解，制得聚丙烯酰胺水溶液；2)向聚丙烯酰胺水溶液中加入碳纳米管继续搅拌，制得预拌物；3)将预拌物分散均匀，制得碳纳米管溶液。
[0007]通过采用上述技术方案，由于采用聚丙烯酰胺在碳纳米管投入使用前对碳纳米管进行了预处理，聚丙烯酰胺的高分子长链结构在混凝土颗粒分散体系中产生强电场排斥力以提高碳纳米管的分散性，同时聚丙烯酰胺分子结构中存在亲水和憎水基团，具有良好的表面活性，有利于降低碳纳米管的表面张力，从而提高其分散稳定性。因此，先将碳纳米管与聚丙烯酰胺进行预混再投入使用，获得了提高碳纳米管在混凝土体系中的分散性的效果，从而减少碳纳米管的团聚，以此提高混凝土的力学性能。
[0008]优选的，所述碳纳米管与所述聚丙烯酰胺的质量比为1：(1.2～1.6)。
[0009]通过采用上述技术方案，碳纳米管与聚丙烯酰胺的质量比控制在合适的范围内，有利于确保聚丙烯酰胺对碳纳米管具有优异的分散性。当聚丙烯酰胺添加过少时，其对碳纳米管的分散作用不足，碳纳米管在体系中仍然会发生团聚；当聚丙烯酰胺添加过多时，其
在混凝土体系中会因桥键作用影响混凝土的流动性，导致混凝土的性能下降。
[0010]优选的，所述碳纳米管预处理过程中还加入有聚乙烯吡咯烷酮。
[0011]通过采用上述技术方案，聚乙烯吡咯烷酮具有良好的表面活性，其分子结构中同样存在亲水与憎水基团，有利于降低碳纳米管的表面张力，从而提高其分散稳定性。聚乙烯吡咯烷酮与聚丙烯酰胺复合后，对碳纳米管的分散性具有增效作用。
[0012]优选的，所述聚丙烯酰胺与所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：(0.1～0.3)。
[0013]通过采用上述技术方案，聚丙烯酰胺与聚乙烯吡咯烷酮的质量比控制在1：(0.1～0.3)，两者共同作用于碳纳米管上，有利于加强碳纳米管在混凝土体系中的分散性能。
[0014]优选的，所述碳纳米管为单壁碳纳米管。
[0015]通过采用上述技术方案，单壁碳纳米管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小、缺陷少，具有优异的均匀一致性，相较于其他类型的碳纳米管，对于提升混凝土力学性能的作用效果更为显著。
[0016]优选的，所述原料中还包括有占混凝土总体积1～3％的钢纤维与占混凝土总体积0.4～0.6％的碳酸钙晶须。
[0017]通过采用上述技术方案，碳酸钙晶须可弥补钢纤维的脆性缺陷，而钢纤维又可增强混凝土的抗拉强度等性能，钢纤维与碳酸钙晶须复配对于提升混凝土的力学性能具有显著的促进效果。
[0018]优选的，所述碳纳米管的长度为0.01～0.03mm、直径为20～25nm，所述碳酸钙晶须的长度为50～60um。
[0019]通过采用上述技术方案，碳纳米管采用纳米级尺度，碳酸钙晶须采用微米级尺度，多尺度原料共混有利于提升混凝土的结构强度，且选择碳纳米管与碳酸钙晶须复配，两者协同有利于加强混凝土的抗拉强度等性能。
[0020]优选的，所述钢纤维包括质量比为(1～2)：1的中型钢纤维与小型钢纤维，所述中型钢纤维的长度为30～40mm、直径为0.5～0.7nm，所述小型钢纤维的长度为10～15mm、直径为0.1～0.15nm。
[0021]通过采用上述技术方案，由于中型钢纤维与小型钢纤维之间会形成纤维牵制效应，有利于提升混凝土的结构强度。不同尺度的纤维也会填充至碳纳米管之间的缝隙中，从而提升碳纳米管的分散性能。
[0022]第二方面，本申请提供一种高韧性碳纳米管预拌混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种高韧性碳纳米管预拌混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：在常温状态下，按重量份称取碎石、细砂、硅酸盐水泥、去离子水、粉煤灰、聚羧酸减水剂、柠檬酸以及碳纳米管备用；先将碎石、细砂、硅酸盐水泥、去离子水以及聚羧酸减水剂搅拌均匀，制成初级拌合物；再向初级拌合物中加入碳纳米管，搅拌1～2min后加入粉煤灰与柠檬酸，拌合均匀制得透水混凝土成品。
[0023]通过采用上述技术方案，先将碎石、细砂、硅酸盐水泥、去离子水以及聚羧酸减水剂搅拌均匀后，聚羧酸减水剂先对混凝土体系起到一定的减水作用，以起到一定的增强作用；再加入碳纳米管，碳纳米管填充至大量碎石的空隙之中，从而提高混凝土内部结构的致
密性，以此提高混凝土的结构强度。
[0024]综上所述，本申请具有以下有益效果：1、由于本申请采用经过预处理的碳纳米管，由于采用聚丙烯酰胺在碳纳米管投入使用前对碳纳米管进行了预处理，聚丙烯酰胺的高分子长链结构在混凝土颗粒分散体系中产生强电场排斥力以提高碳纳米管的分散性，同时聚丙烯酰胺分子结构中存在亲水和憎水基团，具有良好的表面活性，有利于降低碳纳米管的表面张力，从而提高其分散稳定性。
[0025]2、本申请中优选采用聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮具有良好的表面活性，其分子结构中同样存在亲水与憎水基团，有利于降低碳纳米管的表面张力，从而提高其分散稳定性。
[0026]3、本申请优选采用碳酸钙晶须，碳酸钙晶须可弥补钢纤维的脆性缺陷，而钢纤维又可增强混凝土的抗拉强度等性能，钢纤维与碳酸钙晶须复配对于提升混凝土的力学性能具有显著的促进效果。
[0027]4、本申请优选采用中型钢纤维与小型钢纤维，由于中型钢纤维与小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧性碳纳米管预拌混凝土，其特征在于：由包含以下重量份的原料制成：碎石1000～1200份、细砂600～700份、硅酸盐水泥280～320份、去离子水120～160份、粉煤灰25～65份、聚羧酸减水剂2～5份、柠檬酸1～4份以及占所述硅酸盐水泥总重0.1～0.2%的碳纳米管；所述碳纳米管在投入使用前先进行预处理，所述预处理方法为：1）将聚丙烯酰胺分散至去离子水中，搅拌使其完全溶解，制得聚丙烯酰胺水溶液；2）向聚丙烯酰胺水溶液中加入碳纳米管继续搅拌，制得预拌物；3）将预拌物分散均匀，制得碳纳米管溶液。2.根据权利要求1所述的一种高韧性碳纳米管预拌混凝土，其特征在于：所述碳纳米管与所述聚丙烯酰胺的质量比为1：（1.2～1.6）。3.根据权利要求1或2所述的一种高韧性碳纳米管预拌混凝土，其特征在于：所述碳纳米管预处理过程中还加入有聚乙烯吡咯烷酮。4.根据权利要求3所述的一种高韧性碳纳米管预拌混凝土，其特征在于：所述聚丙烯酰胺与所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：（0.1～0.3）。5.根据权利要求4所述的一种高韧性碳纳米管预拌混凝土，其特征在于：所述碳纳米管为单壁碳纳米管。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞裕星，许广森，俞建松，邹承忠，
申请(专利权)人：深圳市恒星建材有限公司，
类型：发明
国别省市：