纳米材料复掺纤维增强水泥基材料及其制备方法技术

本申请涉及一种纳米材料复掺纤维增强水泥基材料及其制备方法，该复合材料主要包括胶凝材料

【技术实现步骤摘要】
纳米材料复掺纤维增强水泥基材料及其制备方法


[0001]本专利技术申请涉及道路工程材料
，具体涉及一种纳米材料复掺纤维增强水泥基材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在当今的建筑生产中，水泥与水泥基材料是应用量最大
、
应用范围最广的人造材料，具有外形可塑
、
强度可控
、
原材料来源广泛和价格低廉等诸多优点，但其存在抗拉强度低
、
极限延伸率小
、
抗裂性能差
、
脆性显著等缺点
。
随着现代建筑技术的不断发展及社会对高性能材料需求的不断增大，水泥基材料的缺点日渐突出
。
而在水泥基材料中掺入抗拉强度高
、
极限延伸率大
、
抗碱性好
、
耐腐蚀性好的纤维作为增强体，可以克服上述缺点
。
[0003]纤维增强水泥基复合材料已经发展了较长时间，目前广泛运用到水泥基材料中的有聚乙烯醇纤维
、
聚丙烯纤维
、
钢纤维
、
碳纤维等
。
碳纤维是
20
世纪
60
年代发展起来的一种高强纤维，因其高比强度，高比模量，耐腐蚀，耐高温，质轻，导电和热膨胀系数小等优异性能，己作为一种新型补强材料成功应用于航空航天领域
。
随着复合材料制造技术的发展以及碳纤维生产成本的不断降低，碳纤维复合材料迎来了新的应用市场即土木建筑领域，碳纤维成为较理想的建筑材料增强纤维
。
但纤维表面平滑
、
活性官能团少
、
表面能低
、
表面惰性大，与基体粘结性差，界面结合处存在较多的缺陷，从而限制了纤维高性能的发挥
。
[0004]目前，国内外已开发的纳米材料复掺纤维增强水泥基材料的综合性能仍差强人意；因此，开发出一种综合性能优良的水泥基复合材料是本领域技术人员亟待解决的问题
。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅用于加深对本公开的
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种水泥基复合材料及其制备方法
。
[0007]根据本公开的一个方面，提供一种纳米材料复掺纤维增强水泥基材料，由以下原料制成：胶凝材料
、
多壁碳纳米管
、
标准砂
、
减水剂
、
水
、
氨纶纤维
、
桑皮纤维
、
表面活性剂；其中，胶凝材料包含水泥和粉煤灰；多壁碳纳米管的掺量为胶凝材料质量的
0.1%
～
0.15%
，氨纶纤维掺量为成型试件体积的
0.2%
～
0.3%
，桑皮纤维掺量为成型试件体积的
0.1%
～
0.2%
，水与胶凝材料的质量比为
0.42
～
0.44
，粉煤灰替代
20%
水泥质量，胶凝材料与标准砂质量比为
0.2
～
0.4
，表面活性剂与多壁碳纳米管质量比为
1.8
～
2.2
：
0.8
～
1.2
，减水剂质量为胶凝材料质量的
0.1%
～
0.3%。
[0008]上述原料中的多壁碳纳米管是一种由单一的碳原子形成的螺旋状纳米材料，具有极高的长径比和抗拉强度，以及优异的导电和导热性能
。
将其添加在水泥基复合材料中，可以起到以下几方面的作用：
增强水泥基材料的力学性能：多壁碳纳米管的加入可以显著提高水泥基材料的抗拉强度
、
抗压强度和抗折强度等力学性能
。
改善水泥基材料的导电性能：多壁碳纳米管具有优异的导电性能，将其添加到水泥基材料中可以提高水泥基材料的导电性
。
这对于水泥基材料的防静电
、
电磁屏蔽等方面具有重要意义
。
提高水泥基材料的耐久性：多壁碳纳米管的加入可以提高水泥基材料的耐酸
、
耐碱
、
耐腐蚀等性能，从而提高其耐久性
。
这是因为多壁碳纳米管具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性能
。
改善水泥基材料的加工性能：多壁碳纳米管的加入可以改善水泥基材料的加工性能，使其更加易于加工和成型
。
[0009]在本公开的一些实施例中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，水泥型号及强度等级为
P.O42.5
，比表面积
320
～
350kg/m2、
密度
2900
～
3100kg/m3。
[0010]在本公开的一些实施例中，所述粉煤灰中
SiO2质量含量
≥99.3
％，比表面积
≥19500m2/kg。
[0011]在本公开的一些实施例中，所述氨纶纤维长度为
6mm
，当量直径为
0.18
～
0.38mm
，抗拉强度不低于
486MPa
，密度为
0.91g/cm3。
[0012]在本公开的一些实施例中，所述多壁碳纳米管比表面积
90
～
120m2/g
，直径
10
～
20nm
，纯度大于
97%。
[0013]在本公开的一些实施例中，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮
。
聚乙烯吡咯烷酮能增加水泥基材料的稠度，使其更加粘稠，易于施工；可降低水泥基材料的内摩擦力，提高其润滑性能，使其更加易于流动和填充；可以改善水泥基材料中纤维和填料的分散性，使其更加均匀分布，从而提高材料的力学性能；可以增强纤维和填料与水泥基材料之间的粘结力，提高材料的粘合性能
。
[0014]根据本公开的另一个方面，提供一种复合改性水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：（1）配料：按照上述原料重量配比配置各原料；（2）多壁碳纳米管分散处理：将聚乙烯吡咯烷酮预先加入到水溶液中，磁力搅拌
10min
，使其完全溶解后，加入多壁碳纳米管，再次磁力搅拌
10min
，超声处理
30min
，即成；（3）水泥基复合材料拌合物制备：将氨纶纤维
、
桑皮纤维
、
粉煤灰低速干拌处理
30s
，加入水泥
、
多壁碳纳米管悬浮液低速搅拌
30s
，加入标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种纳米材料复掺纤维增强水泥基材料，其特征在于，由以下原料制成：胶凝材料
、
多壁碳纳米管
、
标准砂
、
减水剂
、
水
、
氨纶纤维
、
桑皮纤维
、
表面活性剂；其中，胶凝材料包含水泥和粉煤灰；多壁碳纳米管的掺量为胶凝材料质量的
0.1%
～
0.15%
，氨纶纤维掺量为成型试件体积的
0.2%
～
0.3%
，桑皮纤维掺量为成型试件体积的
0.1%
～
0.2%
，水与胶凝材料的质量比为
0.42
～
0.44
，粉煤灰替代
20%
水泥质量，胶凝材料与标准砂质量比为
0.2
～
0.4
，表面活性剂与多壁碳纳米管质量比为
1.8
～
2.2
：
0.8
～
1.2
，减水剂质量为胶凝材料质量的
0.1%
～
0.3%。2.
根据权利要求1所述的纳米材料复掺纤维增强水泥基材料，其特征在于，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，水泥型号及强度等级为
P.O42.5
，比表面积
320
～
350kg/m2、
密度
2900
～
3100kg/m3。3.
根据权利要求1所述的纳米材料复掺纤维增强水泥基材料，其特征在于，所述粉煤灰中
SiO2质量含量
≥99.3
％，比表面积
≥19500m2/kg。4.
根据权利要求1所述的纳米材料复掺纤维增强水泥基材料，其特征在于，所述氨纶纤维长度为
6mm
，当量直径为
0.18
～

【专利技术属性】
技术研发人员：郭滕滕，陈渊召，李武安，庞竞，王朝辉，李振霞，陈海军，刘科锋，李超杰，任梦，赵翀，孙卫华，李永赞，连亚丽，何梓闻，冯硕，王静波，张博文，江晓晓，陈艳艳，孙龙佳，汤德庆，周海波，陆耀祖，李炟，孔文雅，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：