一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土，由水泥、碳納米管、硅灰、減水劑、硅砂、粉煤灰、石英粉、鋼纖維和水為原料制備而成，混合物中各組分含量以質(zhì)量份數(shù)計(jì)算為：水泥1000-1200份，硅灰250-350份，礦渣粉250-350份，減水劑40-50份，硅砂1200-1400份，水180-230份，鋼纖維190-230份，粉煤灰180-250份，石英粉80-120份，碳納米管分散劑0.1-5份，碳納米管粉末1-10份。本發(fā)明還提供了一種制備所述摻碳納米管的活性粉末混凝土的方法。本發(fā)明得到的活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度高達(dá)250-300MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)到45-60MPa，高于傳統(tǒng)RPC200級(jí)相關(guān)性能。同時(shí)，利用碳納米管制得的活性粉末混凝土材料初裂強(qiáng)度得到極大提高，材料在直接拉伸狀態(tài)下初裂強(qiáng)度達(dá)到10MPa，峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)拉伸應(yīng)變達(dá)到0.5%以上，極大地提高了傳統(tǒng)RPC材料韌性和強(qiáng)度。
【專利說(shuō)明】一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，屬于一種具有超高強(qiáng)度和高韌性的水泥基復(fù)合材料，具體涉及一種摻碳納米管的活性粉末混凝土及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete)是繼高性能混凝土之后,在上世紀(jì)90年代由法國(guó)Pierre Richard等人采用常規(guī)材料開(kāi)發(fā)出的具有超高強(qiáng)度、高耐久性、水泥基材料。RPC材料根據(jù)最緊密堆積原理，采用高致密水泥基均勻體系模型，以400-600微米的石英砂作為骨料，同時(shí)摻入一定體積的微鋼纖維和活性礦物，并配以成型施壓、熱處理養(yǎng)護(hù)等方法，制備出的超高強(qiáng)度的水泥復(fù)合基材料。根據(jù)其組成和熱處理方式的不同，這種混凝土的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到200MPa至800MPa ;抗折強(qiáng)度為20_40MPa，是高強(qiáng)混凝土的4-6倍；斷裂韌性高達(dá)40000J/m2，是普通混凝土的250倍；氯離子滲透性是高強(qiáng)混凝土的1/25，抗?jié)B透能力極強(qiáng)。RPC可大大減小結(jié)構(gòu)截面尺寸和制品自重，用于高層結(jié)構(gòu)、高鐵簡(jiǎn)支箱梁等要求承載力高的結(jié)構(gòu)，增加結(jié)構(gòu)使用空間；利用RPC的高抗?jié)B性能，可制造用作輸送腐蝕性液體的管道和固體廢料處理容器；RPC的抗沖擊、耐磨性也可應(yīng)用于水利工程中易于磨損的部位以及軍事防御工程。
[0003]
【發(fā)明者】查閱大量現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，活性粉末混凝土在工程中一般采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，各項(xiàng)相關(guān)性能指標(biāo)遠(yuǎn)低于本發(fā)明的技術(shù)參數(shù)，并且其對(duì)養(yǎng)護(hù)設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)施工條件要求較高，不利于RPC材料的推廣。
[0043](2)本發(fā)明所述摻碳納米管的活性粉末混凝土制備方法，首先將水泥、硅砂、石英粉、減水劑、硅灰、鋼纖維、礦渣、粉煤灰混合均勻，使其均勻的分布在基體中，從而提高它們之間的反應(yīng)活性；將特定量的碳納米管分散到水溶液中，然后將其倒入膠凝材料中進(jìn)行攪拌，可以使RPC材料中各組分混合均勻。最終得到的RPC材料流動(dòng)性很好，便于成型和施工。通過(guò)本發(fā)明所述方法制備得到的RPC，在常壓常溫養(yǎng)護(hù)下的抗壓強(qiáng)度達(dá)到為200MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)到40MPa ;常壓熱養(yǎng)護(hù)條件下抗壓強(qiáng)度達(dá)到為300MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)到60MPa。具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、韌性好、成本低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1為可以穩(wěn)定保存三個(gè)月以上的碳納米管分散液；
[0045]圖2為分散后的碳納米管微觀掃描圖片；
[0046]圖3為碳納米管在RPC材料中存在的微觀圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0047]以下結(jié)合實(shí)施例并參考附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體描述，但不局限于此。
[0048]實(shí)施例中所使用的原料若非特指，均為公知的、市售化工原料，具體為:
[0049]普通硅酸鹽水泥:Ρ.052.5，市售；
[0050]S95級(jí)礦渣粉比表面積≤400m2/kg, 7d活性指數(shù)≤75%, 28d活性指數(shù)≤95%，市售；S105礦渣粉比表面積≤500m2/kg, 7d活性指數(shù)≤95%，28d活性指數(shù)≤105%，市售；
[0051]硅砂，粒徑為100-600 μ m，平均粒徑為200 μ m，細(xì)度模數(shù)為2.2，市售；
[0052]娃灰，表觀密度為150-250kg/m3,比表面積20_28m2/g,平均粒徑為0.1-0.3 μπι,所述硅灰中無(wú)定形S12含量為≤90%，市售；
[0053]所述水為工業(yè)用水；
[0054]石英粉,粒徑范圍為5-50 μ m,所述石英粉中S12含量≤99%,市售；[0055]聚梭酸減水劑，固態(tài)粉末狀，減水率為20% -30%，市售；
[0056]鋼纖維，形狀為長(zhǎng)直型或端鉤型，鋼纖維直徑0.20mm,長(zhǎng)度3_12mm，抗拉強(qiáng)度≥2000MPa,市售；
[0057]多壁碳納米管，性狀為黑色粉末，其長(zhǎng)度為5-15 μ m,直徑20_60nm，市售；
[0058]碳納米管分散劑，市售；
[0059]實(shí)施例1 (本實(shí)例中有三個(gè)產(chǎn)品，其編號(hào)分別記為1-1，1-2，1-3):
[0060]本實(shí)施所述摻碳納米管的活性粉末混凝土，包括P 052.5普通硅酸鹽水泥、石英粉、硅灰、S105級(jí)礦渣粉、硅砂、工業(yè)用水、減水劑、端鉤型鋼纖維、碳納米管、粉煤灰、碳納米管分散劑。各組分質(zhì)量如下表1所示，表一所示為摻碳納米管活性粉末混凝土的配合比(表
中所示為各組分質(zhì)量的份數(shù)):
[0061]
【權(quán)利要求】
1.一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土，其特征在于它由水泥、碳納米管、硅灰、減水劑、硅砂、粉煤灰、石英粉、鋼纖維和水為原料制備而成，混合物中各組分含量以質(zhì)量份數(shù)計(jì)算為: 水泥1000-1200份，硅灰250-350份， 礦渣粉250-350份，減水劑40-50份， 硅砂 1200-1400 份，水 180-230 份， 鋼纖維190-230份，粉煤灰180-250份， 石英粉80-120份，碳納米管分散劑0.1-5份， 碳納米管粉末1-1ο份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土，其特征在于所述混合物中各組分中以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算最優(yōu)的配合比含量為: 水泥1000份，硅灰300份， 礦渣粉300份，減水劑40份， 硅砂1400份，水200份， 鋼纖維200份，粉煤灰200份， 石英粉100份，碳納米管分散劑1份， 碳納米管粉末5份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土，其特征在于所述水泥為復(fù)合硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，28天抗壓強(qiáng)度> 52.5MPa，抗折強(qiáng)度≥7.0MPa，水泥的比表積不小于360m2/kg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土，其特征在于所述硅灰的比表面積20-28m2/g，其S12含量> 90%，所述減水劑為非緩凝型聚梭酸系高性能粉末狀減水劑，其減水率> 30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土，其特征在于所述硅砂粒徑范圍0.1-0.6mm，所述石英粉粒徑為5_50Mm，石英粉的S12含量> 99%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土，其特征在于所述鋼纖維形狀為長(zhǎng)直型和端鉤型，直徑0.2mm左右，長(zhǎng)度為3-12mm，長(zhǎng)徑比> 30，抗拉強(qiáng)度≥ 2000MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土，其特征在于所述礦渣粉為S95級(jí)礦渣粉或S105級(jí)礦渣粉，粉煤灰為一級(jí)粉煤灰，密度為2.6g/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土，其特征在于所述碳納米管可由大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)得到，純度大于95%，平均管徑約為20-60nm，長(zhǎng)度約為5-15微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土，其特征在于所述碳納米管分散劑是一種芳香族化合物，其活性物質(zhì)含量為90%，水分含量為10%，濁點(diǎn)為68 0C。
10.一種制備權(quán)利要求1-9任一所述摻碳納米管的高強(qiáng)高韌活性粉末混凝土的方法，包括如下步驟: (1)稱量5份重量的碳納米管粉末加入200份重量的水中；(2)稱量1份重量的碳納米管分散劑加入步驟(1)所述的碳納米管和水的混合液中并攪拌攪勻； (3)將步驟(2)所得的混合溶液置入超聲波清洗機(jī)中進(jìn)行超聲分散，超聲時(shí)間約為20-30分鐘，直至混合溶液呈現(xiàn)均勻的黑色，底部無(wú)沉淀，制得初步分散好的碳納米管分散液； (4)將初步分散好的碳納米管分散液用離心機(jī)進(jìn)行離心處理，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為15000轉(zhuǎn)/分，離心時(shí)間約為30-60分鐘，將離心處理后的上層分散液取出，底部沉淀按照步驟(3)再次進(jìn)行超聲分散，直至碳納米管全部穩(wěn)定的分散到水溶液中，得到碳納米管分散液； (5 )將水泥、硅灰、礦渣粉、粉煤灰、硅砂、石英粉、減水劑、鋼纖維混合均勻，加入攪拌機(jī)中干拌2-3分鐘，各組分比例如下: 水泥1000份，硅灰300份， 礦渣粉300份，減水劑40份， 硅砂1400份，石英粉100份， 鋼纖維200份，粉煤灰200份； (6)根據(jù)步驟(4)所述制備得到的碳納米管分散液，首先將三分之二的碳納米管分散溶液加入步驟(5)中的混合物中，攪拌3-5分鐘； (7)將剩余的三分之一 碳納米管分散溶液加入至所述步驟(6)中的拌合物中，攪拌3-5分鐘后得到攪拌均勻的RPC拌合物； (8)將上述得到攪拌均勻的RPC拌合物澆筑到預(yù)制的模具中，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼駬v60-120S后成型進(jìn)行試件的養(yǎng)護(hù)，試件的養(yǎng)護(hù)分為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和高溫養(yǎng)護(hù)兩種方式:第一種為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件為溫度20±2° C、相對(duì)濕度95%以上，試件澆筑成型并標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)2天后脫模，脫模后的試件再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)26天可得到產(chǎn)品；第二種為高溫養(yǎng)護(hù)，試件澆筑成型后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)2天后脫模，將脫模后的RPC材料移入混凝土高溫養(yǎng)護(hù)設(shè)備中，在6h內(nèi)緩慢勻速地升溫至300°C并恒溫養(yǎng)護(hù)24h，待其緩慢冷卻至室溫后，再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)25天，即得產(chǎn)品。
【文檔編號(hào)】C04B14/36GK104030634SQ201410260733
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】李慶華, 徐世烺, 劉金濤 申請(qǐng)人:杭州固華復(fù)合材料科技有限公司