[發明專利]一種高強度耐腐蝕碳納米管改性混凝土及其制備方法

在審

• 申請號: 202011592030.8
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112679129A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 杜明瑞;方宏遠;杜雪明;薛冰寒;張皓月;董博源
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C04B20/10
• 分類號: C04B20/10;C04B28/04;C01B32/198;C04B14/02;C04B111/20
• 代理公司: 北京集智東方知識產權代理有限公司 11578
• 代理人: 孫文彬

本發明公開了一種高強度耐腐蝕碳納米管改性混凝土及其制備方法，該混凝土的原料包括二氧化硅包裹碳納米管復合材料，該復合材料由以下方法制備得到：(1)將碳納米管粉末加入到去離子水中，超聲分散處理，制備得到碳納米管水分散液；(2)將碳納米管水分散液和硅溶膠溶液混合，超聲處理，保持碳納米管的分散穩定，得懸浮液；(3)真空負壓干燥處理，得固體產物；(4)對固體產物進行球磨處理，即得。本發明制備二氧化硅包裹碳納米管復合材料的工藝簡單、碳納米管的分散穩定性好，在混凝土中加入少量的二氧化硅包裹碳納米管復合材料即可使混凝土的強度高、耐腐蝕性強。

技術領域

本發明涉及混凝土技術領域，具體涉及一種高強度耐腐蝕碳納米管改性混凝土及其制備方法。

背景技術

碳納米管是一種纖維狀納米材料，具有密度小、長徑比大、力學性能卓越等優點，能在納米尺度上對水泥基材料進行改性，從而提高其強度、耐久性等。碳納米管長徑比大、表面能高，因此自然狀態下往往聚集成團、難以獨立分散，如何將碳納米管在水泥基材料內均勻的分散是制備高強水泥基材料時首先要解決的問題。

當前一般是先采取超聲分散和表面活性劑相結合的方法制備碳納米管水分散液，再按設計配比將碳納米管水分散液加入到水泥基膠凝材料中，難以工業化；另外，水泥基材料的固結硬化需要一定的時間，在此期間，處于堿性水泥漿液中的碳納米管容易再次發生團聚，從而降低分散穩定性，不利于納米材料對水泥基材料的改性。因此，為了保證碳納米管的分散穩定性并實現碳納米管改性水泥基材料的工業化生產，需要進一步開發新型的改性碳納米管。

申請號為201910514387.5的國內專利公開了一種具有核殼結構的納米二氧化硅-碳納米管復合材料、含有該材料的水泥及制備方法。該發明利用納米二氧化硅、碳納米管與三氟丙基三甲基硅氧烷制備出彈性納米二氧化硅-碳納米管核殼結構；利用該結構加入到現有水泥材料中制備高性能水泥基復合材料。主要機理為：活化后的納米二氧化硅可以促進三氟丙基三甲基硅氧烷水解并與其發生縮合反應，進而在碳納米管表面均勻附著形成納米二氧化硅-碳納米管核殼結構，形狀為長3-12um、直徑2-10um左右的不規則橢球體。含有活化納米二氧化硅-碳納米管核殼結構的水泥基復合材料表現出更高的力學強度、介電常數和接觸角、更好的耐久性、耐腐蝕性以及更低的電阻率；化學表征揭示了該核殼結構的形貌、成核方式及其對水泥水化結構以及水化產物的影響機理。

但是通過上述方法制備混凝土材料時，需要加入大量的具有核殼結構的納米二氧化硅-碳納米管復合材料，造成生產成本的顯著增加。而上述發明制備的混凝土材料為純水泥混凝土，純水泥混凝土在實際應用中具有一定的局限性。

發明內容

為解決現有技術中的問題，本發明提供了一種高強度耐腐蝕碳納米管改性混凝土及其制備方法。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種高強度耐腐蝕碳納米管改性混凝土，所述混凝土的原料包括二氧化硅包裹碳納米管復合材料；

所述二氧化硅包裹碳納米管復合材料由以下方法制備得到：

(1)將碳納米管粉末加入到去離子水中，然后置于超聲振蕩器中，超聲分散處理，制備得到碳納米管水分散液；

(2)將碳納米管水分散液和硅溶膠溶液混合，然后在同樣頻率下超聲處理，保持碳納米管的分散穩定，得懸浮液；

(3)對上述懸浮液進行真空負壓干燥處理，得固體產物；

(4)利用行星式球磨機對干燥后的固體產物進行球磨處理，最終得到顆粒狀的二氧化硅包裹碳納米管復合材料。

步驟(1)中，超聲分散處理的頻率為15-30kHz，超聲分散時間為20-30min；步驟(2)中，超聲分散時間為5-8min。