[發明專利]一種碳納米管增強的橡膠集料水泥基材料

在審

• 申請號: 201910068901.7
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109721267A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 朱涵;李宏亮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B18/22
• 分類號: C04B18/22;C04B14/02;C04B28/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種碳納米管增強的橡膠集料水泥基材料，將水泥基材料中15％～20％的砂替代為橡膠顆粒，并在水泥基材料中加入其質量比0.02～0.08％的碳納米管，所述橡膠顆粒的粒徑為55～65目。碳納米管不僅起到橋接橡膠顆粒與水泥基基體的作用，還會填充納米空隙，使得材料更為密實，橋接微裂縫，大幅提高橡膠集料砂漿的抗壓與抗折強度。該材料形成的碳納米管增強的橡膠集料砂漿28d齡期抗折強度達到6.9MPa，抗壓強度達到36.7MPa，強度提高明顯，有利于進一步推廣使用橡膠砂漿。

技術領域

本發明屬于建筑材料、土木工程領域，特別是涉及一種碳納米管增強的橡膠集料水泥基材料。

背景技術

隨著我國汽車工業的不斷發展，城市交通網路日益密集，每年產生了大量的以廢舊輪胎為主的固體廢料，造成了嚴峻的環境問題，不利于可持續的發展，為此政府部門頒布了《廢舊輪胎綜合利用指導意見》，旨在緩解廢舊橡膠產生的環境危害。使用橡膠顆粒，代替普通混凝土或砂漿中一定量的細骨料，形成的橡膠集料水泥基復合材料不僅解決了廢舊輪胎二次利用難的問題，同時具有高延性高韌性以及良好的抗沖擊特性與能量吸收能力的特點，彌補了傳統水泥基材料容易脆性開裂的缺點。但是由于橡膠顆粒的加入，以橡膠混集料凝土為例，橡膠集料混凝土較普通混凝土的力學性能大幅度降低，因此目前這一環保材料通常作為路面材料使用，強度降低限制了橡膠集料水泥基材料的廣泛應用。

碳納米管(Carbon Nanotubes,CNTs)單向拉伸強度達到500GPa，破壞時的拉伸應變可以達到30％，彈性模量接近1TPa。在水泥基材料中引入碳納米管，可以在納米尺度改性水泥基材料，提高復合材料力學性能，基于以往的研究碳納米管的加強效應主要由于：①碳納米管呈纖維狀，可以橋接水泥基體受力初期產生的微裂縫；②作為水化的結晶核促進水泥水化過程；③填充水泥基基體中納米尺度的微空隙，使得材料更加密實。橡膠是疏水材料，碳納米管也是疏水材料，根據疏水材料在水溶液環境下相互吸引的理論，可以預期碳納米管會附著在橡膠顆粒的表面，強化橡膠顆粒與水泥基基體的過渡區域，因此使用碳納米管增強橡膠集料水泥基材料合理可行，有助于擴大綠色環保橡膠集料水泥基材料的使用領域。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，針對橡膠集料砂漿抗開裂抗收縮能力好，但是力學強度低的問題，提供一種碳納米管增強的橡膠集料水泥基材料。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種碳納米管增強的橡膠集料水泥基材料，將水泥基材料中15％～20％的砂替代為橡膠顆粒，并在水泥基材料中加入其質量比0.02％～0.08％的碳納米管，所述橡膠顆粒的粒徑為55～65目。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

1.本發明基于對橡膠集料砂漿破壞過程的研究，提出在納米尺度解決橡膠集料砂漿強度較低的問題，由于碳納米管與橡膠顆粒都是疏水材料，利用疏水材料在水溶液環境下相互吸引的原理，強化橡膠與水泥基基體的過渡區。

2.橡膠顆粒可以起到促進碳納米管在水泥基材料中分散的作用，提高碳納米管的增強效果。

3.碳納米管不僅起到橋接橡膠顆粒與水泥基基體的作用，還會填充納米空隙，使得材料更為密實，橋接微裂縫，大幅提高橡膠集料砂漿的抗壓與抗折強度。

4.本發明形成的碳納米管增強的橡膠集料砂漿28d齡期抗折強度達到6.9MPa，抗壓強度達到36.7MPa，強度提高明顯，有利于進一步推廣使用該環保材料。

附圖說明

圖1是碳納米管與橡膠顆粒的相互作用與增強機理示意圖。

圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)分別為不同養護齡期抗折強度對比。

圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)分別為不同養護齡期抗壓強度對比。