低掺量碳纳米管高性能智能废弃陶瓷混凝土及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了低掺量碳纳米管高性能智能废弃陶瓷混凝土及其制备工艺，利用0.3％低掺量碳纳米管和废弃陶瓷组合，采用超声和高速剪切的分散碳纳米管工艺，所制备的混凝土28d抗折强度达到16.8MPa，抗压强度达到105.5MPa，28d断裂能和压缩功分别高达209.4J/m2和162.0kN

【技术实现步骤摘要】
低掺量碳纳米管高性能智能废弃陶瓷混凝土及其制备工艺


[0001]本专利技术属于建筑材料领域，特别涉及高性能、绿色智能混凝土的生产技术，具体为低掺量碳纳米管高性能智能废弃陶瓷混凝土及其制备工艺。

技术介绍

[0002]碳纳米管是一种纳米级纤维，其抗拉强度在11～63GPa之间，杨氏模量约为1TPa，断裂应变高达280％，是一种理想的增强材料。诸多研究表明，碳纳米管可在微观层面改善水泥基材料的微缺陷和裂缝，进而提高混凝土的力学性能和赋予混凝土智能特性。然而，通常需要高掺量的碳纳米管才能使混凝土材料获得智能特性。同时，高掺量的碳纳米管由于均匀分散难度大和吸水量大，一般会降低混凝土工作性能、力学性能，并提高混凝土材料造价。采用合适的分散方法提高碳纳米管分散性，提高其改性效率，是解决碳纳米管对提高混凝土力学和提升智能性能之间矛盾的有效途径。
[0003]混凝土的广泛使用对水泥和骨料的需求量较大，这导致能源消耗大并增加对环境的负荷。利用工业废弃物部分或全部替代水泥和骨料被认为是一种解决方案，既能够减少水泥生产对环境的影响，也将有助于绿色混凝土的可持续发展。废弃陶瓷骨料具有硬度高，耐磨性好。磨细废弃陶瓷粉具备火山灰活性，可作为新型的绿色矿物掺合料。且其导电性优于普通骨料和水泥。废弃陶瓷在混凝土应用可提高其力学和电学性能并降低混凝土造价和提高其低碳性。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术目的解决混凝土制备过程碳排放高、折压比低、韧性差，以及碳纳米管的难分散，改性效果低，获得自感知性能需要高掺量碳纳米管等技术问题。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用超声与高速剪切相结合的工艺提高碳纳米管的分散效果和改性效率，且利用碳纳米管和废弃陶瓷的协同效应，采用低掺量碳纳米管掺入废弃陶瓷混凝土组合获得具有高抗折抗压、断裂韧性、压缩韧性和压敏性能的绿色高性能智能混凝土；并利用废弃陶瓷掺合料替代部分水泥、替代全部骨料提高混凝土的电学、力学性能与低碳性。
[0006]低掺量碳纳米管高性能智能废弃陶瓷混凝土的制备工艺，所述制备工艺包括如下步骤：
[0007]①
按照设计的配合比称量各种原材料；
[0008]②
将水、聚羧酸高效减水剂和碳纳米管混合，适当振荡后，将混合液超声波处理和高速剪切分散乳化处理8
‑
12min；超声功率设定为60％，并以冰水浴对混合液进行控温，以得到分散良好的碳纳米管混合液；
[0009]③
将水泥和废弃陶瓷粉均匀倒入混凝土搅拌机中干搅120s，然后将步骤
②
超声分散后冷却至室温的碳纳米管混合液倒入搅拌机中，继续搅拌120s；
[0010]④
将陶瓷骨料均匀倒入搅拌机中搅拌15min，直至得到具有较好流动性的混凝土拌合物；
[0011]⑤
把所述拌合物浇筑到模具中，放到振动台上，振动至表面冒浆，然后用抹刀抹平试件表面，并用保鲜膜覆盖表面以防止水分蒸发；
[0012]⑥
将模具放在标准环境下养护24h后脱模，脱模后的试件放到20
±
1℃的水中养护。
[0013]进一步的，步骤
①
所述原材料及其配合比包括：水泥，为胶凝材料质量的75％；陶瓷粉，为胶凝材料质量的25％；陶瓷骨料，为胶凝材料质量的1倍；聚羧酸减水剂为胶凝材料质量的2.5％；碳纳米管，为胶凝材料质量的0.3％；水胶比为0.18。
[0014]进一步的，所述减水剂优选为聚羧酸高效减水剂。
[0015]进一步的，所述水泥优选为普通硅酸盐水泥。
[0016]进一步的，所述陶瓷骨料由废弃瓷砖破碎筛分而成，细度模数为1.98，表观密度为2400
‑
2500kg/m3。
[0017]进一步的，所述陶瓷粉由废弃陶瓷骨料研磨而成，粒径0
‑
1mm，比表面积为1000
‑
1100m2/kg。
[0018]一种上述工艺制备的低掺量碳纳米管高性能智能废弃陶瓷混凝土。
[0019]一种上述的低掺量碳纳米管高性能智能废弃陶瓷混凝土在绿色智能建筑以及作为传感器在结构健康监测中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0021]①
利用超声和高速剪切相结合的方法促进碳纳米管的分散，提高碳纳米管的改性效率。碳纳米管在低掺量的情况下，可在高力学性能的基础上，赋予水泥基材料更高的自感知性能。
[0022]②
采用废弃陶瓷粉取代部分水泥，采用废弃陶瓷作为骨料，可优化混凝土性能与结构，可促进碳纳米管在水泥基材料中形成广泛分布的增强网络，提高基体的电学与自感知性能；发挥两者的协同改性作用。
[0023]③
废弃陶瓷粉的掺入可以部分替代水泥，废弃陶瓷骨料全部替代天然砂，减少废弃陶瓷的堆积以及环境污染问题；通过高性能混凝土材料的设计可以获得绿色智能高性能混凝土，不仅具有很好的经济性，而且还能满足绿色低碳、节能减排的要求。
附图说明
[0024]图1为实施例制备的混凝土试件的抗折强度柱状图；
[0025]图2为实施例制备的混凝土试件的抗压强度柱状图；
[0026]图3为实施例制备的混凝土试件的感知性能：(a)应力与电阻变化率的变化曲线图；(b)应变与电阻变化率的变化曲线图。
具体实施方式
[0027]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不以任何方式限制本专利技术。为免赘述，以下实施例中原材料若无特别说明则均为市售产品，所用方法若无特别说明则均为常规方法。混凝土试件的抗折和抗压强度的检测依据GB/T17671
‑
2021《水泥胶砂强度检验
方法(ISO法)》，混凝土试件的断裂韧性和压缩韧性的检测依据CECS13
‑
2009《纤维混凝土试验方法标准》。
[0028]原料配合比如表1所示，实施例的试件1为掺0.3wt.％多壁碳纳米管的低掺量碳纳米管高性能智能废弃陶瓷混凝土的原料配合比，并进行试件1
‑
1、1
‑
2、1
‑
3三个相同原料配比的试件制备。
[0029]表1实施例的原料配合比
[0030][0031]采用电子万能试验机分别在7d和28d龄期对低掺量碳纳米管废弃陶瓷高性能混凝土的抗压强度、抗折强度、断裂韧性、压缩韧性进行测试，其中抗压强度和压缩韧性的加载速率为1.2mm/min和抗折强度和断裂韧性试验的加载速率为0.1mm/min。在28d龄期时，对低掺量碳纳米管废弃陶瓷高性能混凝土的自感知性能进行测试，所用到的仪器有交流电表、应变采集仪和电子万能试验机。循环加载下自感知性能测试条件为：加载幅值为10MPa，加载速率0.4mm/min，循环加载次数为7次。
[0032]实施例
[0033]低掺量碳纳米管高性能智能废弃陶瓷混凝土的制备工艺，所述制备工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.低掺量碳纳米管高性能智能废弃陶瓷混凝土的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括如下步骤：
①
按照设计的配合比称量各种原材料；
②
将水、聚羧酸高效减水剂和碳纳米管混合，混合液超声波处理和高速剪切分散乳化处理8
‑
12min；超声功率设定为60％，并以冰水浴对混合液进行控温；
③
将水泥和陶瓷粉加入混凝土搅拌机中干搅120s，然后将步骤
②
超声分散后冷却至室温的所述混合液倒入搅拌机中，继续搅拌120s；
④
将陶瓷骨料均匀倒入搅拌机中搅拌15min，得到拌合物；
⑤
把所述拌合物浇筑到模具中，振动至表面冒浆，并用保鲜膜覆盖表面；
⑥
将所述模具放在标准环境下养护24h后脱模，脱模后的试件置于20
±
1℃的水中养护。2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤
①
所述原材料及其配合比...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立卿，郭绵珍，边明强，刘秋萍，肖振荣，余家乐，许开成，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：