CN101239800B - 碳纳米管增强水泥基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

碳纳米管增强水泥基复合材料及其制备方法，它涉及一种无机非金属纤维增强水泥基复合材料及其制备方法。本发明解决了碳纳米管在水泥基体中难均匀分散的问题，本发明碳纳米管增强水泥基复合材料是由碳纳米管、碳纤维、分散剂、增稠稳定剂、水泥掺合料、超塑化剂、消泡剂和水泥制成；本发明的方法如下：将增稠稳定剂连续相混合液缓缓注入碳纳米管分散相混合液中；加入水泥掺合料，搅匀，加热并超声搅拌，后真空除泡；接着加入到超塑化剂与水混合液中搅匀，用消泡剂进一步除泡；最后加入水泥搅匀，浆料装入油模振实成型；拆模，再标准养护至预定龄期即可。本发明方法制得产品中的碳纳米管在水泥基体中分散均匀。产品的力学性能及导电性能被提高了几倍。

Description

碳纳米管增强水泥基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无机非金属纤维增强水泥基复合材料及其制备方法。 
背景技术
碳纳米管(CNTs)自发现以来因其独特的结构和优良的力学、电磁学、热学等性能而受到科学及工业产业领域的广泛关注。碳纳米管已被用来增强各种基体材料，取得了许多重要的成果。碳纳米管作为终极纤维材料，其与水泥的良好复合可以实现组元材料的优势互补或加强，不仅能大幅度改善水泥基的诸如强度，弹性，韧性等力学性能，而且两种材料性能之间的交叉耦合能使复合材料具有许多新型功能，如抗静电、微波吸收或电磁屏蔽等。但由于碳纳米管尺寸小、长径比大及比表面积大，相互之间存在较强的范德华引力，以致极易发生难以解散的缠绕和团聚，自然在水泥基材料中也很难得到均匀分散，限制了碳纳米管增强水泥基复合材料的实际应用及推广。 
发明内容
本发明的目的是为了解决碳纳米管在水泥基体中难均匀分散的问题；而提供了一种碳纳米管增强水泥基复合材料及其制备方法。 
本发明的碳纳米管增强水泥基复合材料是由分散剂、碳纳米管、碳纤维、增稠稳定剂、水泥掺合料、超塑化剂、消泡剂和水泥制成，其中碳纳米管与分散剂的质量比为1∶0.1～10，碳纳米管与碳纤维的质量比为1∶0.5～10，碳纳米管与水泥掺合料的质量比为1∶2～200，碳纳米管与超塑化剂的质量比为1∶0.1～20，碳纳米管与增稠稳定剂的质量比为1∶0.1～20，碳纳米管与消泡剂的质量比为1∶0.05～5，碳纳米管与水泥的质量比为1∶20～2000，所述的增稠稳定剂为纤维素与聚乙二醇辛基苯基醚(曲拉通X-100)、壬基酚聚氧乙烯(OP)乳化剂、阿拉伯胶(AG)、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的组合；其中纤维素占增稠稳定剂总质量的0.4～2.0％。 
其中所述碳纤维为公称直径7μm，长度1～6mm的短切聚丙烯腈基(PAN) 碳纤维。 
本发明碳纳米管增强水泥基复合材料的制备方法是按下述步骤实现的： 
一、将分散剂溶于有机溶剂中配制成质量浓度为0.1％～10％的混合液，将碳纳米管加入混合液中，搅拌超声至均匀，形成碳纳米管分散相混合液；二、将增稠稳定剂加入水中，搅拌均匀配成质量浓度为0.5％～10％的增稠稳定剂连续相混合液；三、将增稠稳定剂连续相混合液边超声搅拌边加入到碳纳米管分散相混合液中，得到碳纳米管混合液；四、将水泥掺合料等分成十份，分十次缓慢加入碳纳米管混合液中搅匀，然后加热同时超声搅拌液体挥发有机溶剂，再移至真空干燥器中，用真空泵抽出混合液中气泡，得到碳纳米管混合料，其中加热温度为步骤一的有机溶剂的沸点；五、将超塑化剂加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入碳纳米管混合料，搅拌均匀，再加入消泡剂、水泥后再机械搅均，最后将浆料装入涂油试模中振平实成型，24h后拆模再放到相对湿度95±5％，温度22±3℃的养护室中养护到预定的龄期，即得碳纳米管增强水泥基复合材料；其中步骤一中碳纳米管与分散剂的质量比为1∶0.1～10，步骤一中所述的有机溶剂为异丙醇、无水乙醇(ETH)、丙酮、氯仿、二甲苯或四氢呋喃(THF)，步骤二中碳纳米管与增稠稳定剂的质量比为1∶0.1～20，步骤四中碳纳米管与水泥掺合料的质量比为1∶2～200，步骤五中碳纳米管与超塑化剂的质量比为1∶0.1～20，碳纳米管与消泡剂的质量比为1∶0.05～5，碳纳米管与水泥的质量比为1∶20～2000。 
与上述方法不同的是：在步骤四前将碳纤维边超声搅拌边加入到碳纳米管混合液中至混合均匀，碳纳米管与碳纤维的质量比为1∶0.5～10；在步骤四中将碳纳米管混合料在105℃的烘箱中烘干，然后用研钵研成微米级粉末。其它与上述方法相同。 
所述分散剂是亲水亲油平衡值(HLB)大于10的阳离子型分散剂、阴离子型分散剂、非离子型分散剂中的一种，或者是非离子型分散剂与阳离子型分散剂、阴离子型分散剂中一种的按任意比组合；阳离子型分散剂为季铵盐类的十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵，非离子型分散剂为聚氧乙烯 类的聚乙二醇辛基苯基醚(曲拉通X-100)或壬基酚聚氧乙烯醚(OP)乳化剂、阿拉伯胶(AG)中的一种或几种的组合，阴离子型为丙烯羧酸类的聚丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸氨或聚(甲基)丙烯酸钠。 
所述碳纳米管的外径范围为10nm～100nm，长度范围为1μm～100μm。碳纳米管还可以经过酸氧化处理的。 
所述水泥掺合料为微米级粒径I级硅灰，或者I级硅灰与I级粉煤灰、矿渣微粉中一种或两种的组合；其中水泥掺合料为组合物，I级硅灰的用量占水泥掺合料总重量的50～80％。 
所述超塑化剂为β-萘系磺酸盐甲醛缩合物系高效减水剂、磺化三聚氰胺甲醛树脂类高效减水剂、羧酸聚醚酯嵌段共聚物系高效减水剂中的一种或几种的组合。 
所述消泡剂为HLB小于8的磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷酮聚醚中的一种。 
本发明通过使用低粘度溶剂；采用物理搅拌超声、化学表面活性剂分散手段；引入水泥超细掺合料既避开了分散过程中水泥与水接触，又保证碳纳米管与掺合料的良好黏结效果；引入消泡剂消除浆料中的粗泡沫和真空泵抽出微细泡沫，不仅解决了碳纳米管聚集与缠结的问题，且较好地解决了高黏性分散体系内气泡难以排出的问题，实现了水泥与碳纳米管的微细化和宏观复合化，形成微纳米级复合材料。从而使得相应的力学性能，导电性能比单独的溶剂蒸发法，共混法制备的相应复合材料的要高出许多，相对于纯的水泥基体材料，更是高出几倍。同共混法制备的碳纳米管增强水泥基复合材料相比，抗压强度提高了84.3％，抗折强度提高了135.0％，电导率达到0.78S/m以上。同水泥基试件相比，抗压强度提高了1.4倍以上，抗折强度了3.3倍以上，电阻率最低降低了57倍。 
附图说明
图1是碳纳米管在C16TMAB/ETH溶液中分散后的透射电镜(TEM)照片。 
图2是多壁碳纳米管增强水泥基复合材料的扫描电镜(SEM)照片。 
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的碳纳米管增强水泥基复合材料是由分散剂、碳纳米管、增稠稳定剂、水泥掺合料、超塑化剂、消泡剂和水泥制成，其中碳纳米管与分散剂的质量比为1∶0.1～10，碳纳米管与水泥掺合料的质量比为1∶2～200，碳纳米管与超塑化剂的质量比为1∶0.1～20，碳纳米管与增稠稳定剂的质量比为1∶0.1～20，碳纳米管与消泡剂的质量比为1∶0.05～5，碳纳米管与水泥的质量比为1∶20～2000。 
本实施方式中所述增稠稳定剂为纤维素、聚乙二醇辛基苯基醚(曲拉通X-100)壬基酚聚氧乙烯(OP)乳化剂、阿拉伯胶(AG)、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的组合；其中纤维素为甲基纤维素、羧甲基纤维素或羧乙基纤维素；当增稠稳定剂为组合物时，各种增稠稳定剂间可按任意比混合。 
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是在碳纳米管增强水泥基复合材料的原料中增加了碳纤维，碳纳米管与碳纤维的质量比为1∶0.5～10。其它与具体实施方式一相同。 
本实施方式中所述碳纤维为公称直径7μm，长度1～6mm的短切聚丙烯腈基(PAN)碳纤维。 
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是增稠稳定剂为纤维素与聚乙二醇辛基苯基醚(曲拉通X-100)壬基酚聚氧乙烯(OP)乳化剂、阿拉伯胶(AG)、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的组合；其中纤维素占增稠稳定剂总质量的0.4～2.0％。其它与具体实施方式二相同。 
本实施方式的聚乙二醇辛基苯基醚(曲拉通X-100)、壬基酚聚氧乙烯(OP)乳化剂、阿拉伯胶(AG)、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮为组合时，它们之间可按任意比混合。所述的纤维素为甲基纤维素、羧甲基纤维素或羧乙基纤维素。 
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：分散剂是HLB大于10的阳离子型分散剂、阴离子型分散剂、非离子型分散剂中的一种，或者是非离子型分散剂与阳离子型分散剂、阴离子型分散剂中一种的按任意比组合；阳离子型分散剂为季铵盐类的十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵，非离子型分散剂为聚氧乙烯类的聚乙二醇辛基苯基醚(曲拉通X-100)或壬基酚聚氧乙烯醚(OP)乳化剂或阿拉伯胶(AG)中的一种或几种的组合， 阴离子型为丙烯羧酸类的聚丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸氨或聚(甲基)丙烯酸钠。其它与具体实施方式一相同。 
本实施方式当非离子型分散剂为组合物时，各种非离子型分散剂间按任意比混合。阴离子型与非离子型的最佳配比为3∶1(质量)。 
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述碳纳米管的外径范围为10nm～100nm，长度范围为1μm～100μm。其它与具体实施方式一相同。 
本实施方式的碳纳米管也可以用酸氧化处理。 
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述水泥掺合料为微米级粒径I级硅灰，或者I级硅灰与I级粉煤灰、矿渣微粉中一种或两种的组合。其它与具体实施方式一相同。 
本实施方式的水泥掺合料为组合物时，I级硅灰的用量占水泥掺合料总重量的50～80％，I级粉煤灰、矿渣微粉之间可按任意比混合。 
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述超塑化剂为β-萘系磺酸盐甲醛缩合物系高效减水剂、磺化三聚氰胺甲醛树脂类高效减水剂、羧酸聚醚酯嵌段共聚物系高效减水剂中的一种或几种的组合。其它与具体实施方式一相同。 
本实施方式的超塑化剂为组合物时，各种超塑化剂间可按任意比混合。 
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述消泡剂为HLB小于8的磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷酮聚醚中的一种。其它与具体实施方式一相同。 
具体实施方式九：本实施方式中碳纳米管增强水泥基复合材料是按下述步骤实现的：一、将分散剂溶于有机溶剂中配制成浓度为0.1％～10％(质量)的混合液，将碳纳米管加入混合液中，搅拌超声至均匀，形成碳纳米管分散相混合液；二、将增稠稳定剂加入水中，搅拌均匀配成浓度为0.5％～10％(质量)的增稠稳定剂连续相混合液；三、将增稠稳定剂连续相混合液边超声搅拌边加入到碳纳米管分散相混合液中，得到碳纳米管混合液；四、将水泥掺合料等分成十份，分十次缓慢加入碳纳米管混合液中搅匀，然后加热同时超声搅拌液体 挥发有机溶剂，再移至真空干燥器中，用真空泵抽出混合液中气泡，得到碳纳米管混合料，其中加热温度为步骤一的有机溶剂的沸点；五、将超塑化剂加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入碳纳米管混合料，搅拌均匀，再加入消泡剂、水泥后再机械搅均，最后将浆料装入涂油试模中振平实成型，24h后拆模再放到相对湿度95±5％，温度22±3℃的养护室中养护到预定的龄期，即得碳纳米管增强水泥基复合材料；其中步骤一中碳纳米管与分散剂的质量比为1∶0.1～10，步骤一中所述的有机溶剂为异丙醇、无水乙醇(ETH)、丙酮、氯仿、二甲苯或四氢呋喃(THF)，步骤二中碳纳米管与增稠稳定剂的质量比为1∶0.1～20，步骤四中碳纳米管与水泥掺合料的质量比为1∶2～200，步骤五中碳纳米管与超塑化剂的质量比为1∶0.1～20，碳纳米管与消泡剂的质量比为1∶0.05～5，碳纳米管与水泥的质量比为1∶20～2000。 
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是：步骤二中所述增稠稳定剂为纤维素、聚乙二醇辛基苯基醚(曲拉通X-100)、壬基酚聚氧乙烯(OP)乳化剂、阿拉伯胶(AG)、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的组合；其中纤维素为甲基纤维素、羧甲基纤维素或羧乙基纤维素；当增稠稳定剂为组合物时，各种增稠稳定剂间可按任意比混合。其它与具体实施方式九相同。 
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式九不同的是：在步骤四前将碳纤维边超声搅拌边加入到碳纳米管混合液中至混合均匀，其中碳纳米管与碳纤维的质量比为1∶0.5～10；在步骤四中将碳纳米管混合料移至设定温度105℃的烘箱中烘干，然后用研钵研成微米级粉末。其它与具体实施方式九相同。 
本实施方式中所述碳纤维为公称直径7μm，长度1～6mm的短切聚丙烯腈基(PAN)碳纤维。 
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一不同的是：步骤二中所述的增稠稳定剂为纤维素与聚乙二醇辛基苯基醚(曲拉通X-100)、壬基酚聚氧乙烯(OP)乳化剂、阿拉伯胶(AG)、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的组合；其中纤维素占增稠稳定剂总质量的0.4～2.0％。其它与具体实施方式十一相同。 
本实施方式的聚乙二醇辛基苯基醚(曲拉通X-100)、壬基酚聚氧乙烯(OP)乳化剂、阿拉伯胶(AG)、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮为组合时，它们之间可按任意比混合。所述的纤维素为甲基纤维素、羧甲基纤维素或羧乙基纤维素。 
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式九或十一不同的是：步骤一中所述分散剂是HLB大于10的阳离子型分散剂、阴离子型分散剂、非离子型分散剂中的一种，或者是非离子型分散剂与阳离子型分散剂、阴离子型分散剂中一种的按任意比组合；阳离子型分散剂为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵、非离子型分散剂为聚氧乙烯类的聚乙二醇辛基苯基醚(曲拉通X-100)或壬基酚聚氧乙烯醚(OP)乳化剂或阿拉伯胶(AG)中的一种或几种的组合，阴离子型为丙烯羧酸类的聚丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸氨或聚(甲基)丙烯酸钠。其它与具体实施方式九或十一相同。 
本实施方式当非离子型分散剂为组合物时，各种非离子型分散剂间按任意比混合。阴离子型与非离子型的以3∶1质量比混合复合材料的性能较好。 
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式九或十一不同的是：步骤一中所述碳纳米管的外径为10nm～100nm，长度为1μm～100μm。其它与具体实施方式九或十一相同。 
本实施方式的碳纳米管也可以用酸氧化处理。 
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式九或十一不同的是：步骤四中所述水泥掺合料为微米级粒径I级硅灰，或者I级硅灰与I级粉煤灰、矿渣微粉中一种或两种的组合。其它与具体实施方式九或十一相同。 
本实施方式的水泥掺合料为组合物时，I级硅灰的用量占水泥掺合料总重量的50～80％，I级粉煤灰、矿渣微粉之间可按任意比混合。 
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式九或十一不同的是：步骤五所述超塑化剂为β-萘系磺酸盐甲醛缩合物系高效减水剂、磺化三聚氰胺甲醛树脂类高效减水剂、羧酸聚醚酯嵌段共聚物系高效减水剂中的一种或几种的组合。其它与具体实施方式九或十一相同。 
本实施方式的超塑化剂为组合物时，各种超塑化剂间可按任意比混合。 
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式九或十一不同的是：步骤 五所述消泡剂为HLB小于8的磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷酮聚醚中的一种。其它与具体实施方式九或十一相同。 
具体实施方式十八：本实施方式制备碳纳米管增强水泥基复合材料方法的步骤如下：称取2.0g十六烷基三甲基溴化铵(C16TMAB)，加入30mL无水乙醇溶剂(ETH)中，搅拌溶解，称取平均管径为20～40nm，长度5～15μm的碳纳米管(MWNTs)1.0g，缓慢加入C16TMAB/ETH溶液中，搅拌均匀超声20min，形成MWNTs分散相混合液(图1为MWNTs在C16TMAB/ETH中均匀分散后的TEM图)。称取5.0mL曲拉通x100(Tx10)加热搅拌溶解于50mL去离子水(DIW)中。将Tx10/DIW连续相液缓缓加入MWNTs/ETH分散相混合液，超声处理30min。称取10.0g SiO2含量大于98％、粒径为0.2-3.0μm的I级硅灰，分批缓加入相应MWNTs混合液中，边加热边超声3h以上挥发溶剂(加热温度为有机溶剂ETH沸点78℃)，然后移至真空干燥器中，用大功率真空泵抽1h以排除混合液中的气泡，得到MWNTs混合料。称取1.0gβ-萘系磺酸盐甲醛缩合物非引气型高效减水剂(FDN)，40mL的DIW加入搅拌锅中，搅拌至FDN完全溶解，再加入MWNTs混合料搅拌均匀，加入0.6mL的消泡剂。加入100.0g水泥，按GB/T 17671-1999标准胶砂搅拌制度进行相应的机械搅拌。最后将浆料装入带有预内插的铜箔电极的试模(为增强浆料与电极、浆料间的粘结能力，将铜箔表面粗糙多孔化)和标准力学性能试模中振平实成型。24h拆模将试件移至标准养护室中养护至预定龄期，即得用于测试其电学性能，力学性能的碳纳米管增强水泥基复合材料试件。实验结果表明：同相应简单共混法制备的碳纳米管增强水泥基复合材料试件相比，抗压、抗折强度分别提高120.0％、230.0％，电导率达3.6S/m。同空白水泥基试件相比，抗压、抗折强度分别提高3.0、5.5倍，电阻率降低了120倍。 
具体实施方式十九：本实施方式制备碳纳米管增强水泥基复合材料方法的步骤如下：称取1.0g曲拉通X-100(Tx)，加入30mL丙酮(ACE)溶剂中搅拌溶解，称取经王水强氧化酸及热浴超声处理的碳纳米管(AT-MWNTs)0.5g，缓慢加入Tx/ACE溶液中，搅拌均匀超声20min，形成AT-MWNTs分散相混合液。量取3.0mL聚乙烯醇(PVA)溶解于30mL去离子水(DIW)中。将PVA/DIW连续相液缓缓加入AT-MWNTs/ACE分散相混合液，超声处理30 min。称取10.0g I级硅灰，分批缓加入相应AT-MWNTs混合液中，边加热边超声2h以挥发溶剂(加热温度为有机溶剂ACE沸点56℃)，然后移至真空干燥器中，用大功率真空泵抽1h以排除混合液中的气泡，得到MWNTs混合料。称取0.5mL羧酸聚醚酯嵌段共聚物系高效减水剂(MPEG)，40mL的DIW加入搅拌锅中搅拌均匀，再加入AT-MWNTs混合料搅拌均匀，加入0.6mL的消泡剂。加入100g水泥，以400r/min转速电动搅拌均匀。最后将浆料装入带有预内插的铜箔电极的试模(为增强浆料与电极、浆料间的粘结能力，将铜箔表面粗糙多孔化)和标准力学性能试模中振平实成型。24h拆模将试件移至标准养护室中养护至预定龄期，即得用于测试其电学性能，力学性能的酸处理后碳纳米管增强水泥基复合材料试件。实验结果表明：同共混法制备的碳纳米管增强水泥基复合材料试件相比，抗压、抗折强度分别提高17.5％、35.0％，电导率达1.9×10-3S/m。同空白水泥基试件相比，抗压、抗折强度分别提高30.2％、75.7％，电阻率降低了243.0％。 
具体实施方式二十：本实施方式制备碳纳米管增强水泥基复合材料方法的步骤如下：称取0.4g十六烷基三甲基溴化铵(C16TMAB)，加入30mL无水乙醇溶剂(ETH)中搅拌溶解，称取平均管径为20-40nm，长度5-15μm的碳纳米管(MWNTs)0.2g，缓慢加入C16TMAB/ETH溶液中，搅拌均匀超声20min，形成MWNTs分散相混合液；称取直径为7μm，长度约3mm的短切聚丙烯腈PAN基碳纤维(CFs)1.6g，缓慢加入ETH溶液中搅拌均匀超声处理20min，形成CFs分散相混合液。量取2.0mL曲拉通x100(Tx10)加热搅拌溶解于20mL去离子水(DIW)中；称取0.4g甲基纤维素(MC)加热搅拌溶解于20mL去离子水(DIW)中。将Tx10/DIW连续相液缓缓加入MWNTs/ETH分散相混合液，超声处理30min；同时将MC/DIW连续相液缓缓加入CFs/ETH分散相混合液，超声处理30min。再将MWNTs混合液缓倒入CFs混合液中继续超声30min以上。称取10.0g I级硅灰，分批缓加入相应MWNTs/CFs混合液中，边加热边超声3h以上挥发溶剂(加热温度为有机溶剂ETH沸点78℃)，后移至设定温度105℃的烘箱中烘干。将烘干后的MWNTs/CFs块体用研钵研细备用。称取1.0g FDN，40mL的DIW加入搅拌锅中，搅拌至FDN完全溶解，再加入研细的MWNTs/CFs混合料搅拌均匀，加入2.0mL的消泡剂。加入100g 水泥，以400r/min转速电动搅拌均匀，紧接着将搅匀的浆料移至真空干燥器中，用大功率真空泵抽30min以进一步排除浆料中的气泡，最后将浆料快速装入带有预内插的铜箔电极的试模(为增强浆料与电极、浆料间的粘结能力，将铜箔表面粗糙多孔化)和标准力学性能试模中，振平实成型。24h拆模将试件移至标准养护室中养护至预定龄期，即得用于测试其电学性能，力学性能的碳纳米管/碳纤维增强水泥基复合材料试件。实验结果表明：同共混法制备的碳纳米管增强水泥基复合材料试件相比，抗压、抗折强度分别提高84.3％、135.0％，电导率达0.78S/m。同空白水泥基试件相比，抗压、抗折强度分别提高1.4、3.3倍，电阻率降低了57倍。 

Claims (4)

1.碳纳米管增强水泥基复合材料，其特征在于碳纳米管增强水泥基复合材料是由分散剂、碳纳米管、碳纤维、增稠稳定剂、水泥掺合料、超塑化剂、消泡剂和水泥制成，其中碳纳米管与分散剂的质量比为1∶0.1～10，碳纳米管与碳纤维的质量比为1∶0.5～10，碳纳米管与水泥掺合料的质量比为1∶2～200，碳纳米管与超塑化剂的质量比为1∶0.1～20，碳纳米管与增稠稳定剂的质量比为1∶0.1～20，碳纳米管与消泡剂的质量比为1∶0.05～5，碳纳米管与水泥的质量比为1∶20～2000；所述的增稠稳定剂为纤维素与聚乙二醇辛基苯基醚、壬基酚聚氧乙烯乳化剂、阿拉伯胶、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的组合，其中纤维素占增稠稳定剂总质量的0.4～2.0％，所述分散剂是阳离子型分散剂、阴离子型分散剂、非离子型分散剂中的一种，或者是非离子型分散剂与阳离子型分散剂、阴离子型分散剂中一种的组合，阳离子型分散剂为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵，非离子型分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚或壬基酚聚氧乙烯醚乳化剂、阿拉伯胶中的一种或几种的组合，阴离子型为聚丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸氨或聚(甲基)丙烯酸钠，所述水泥掺合料为微米级粒径I级硅灰，或者I级硅灰与I级粉煤灰、矿渣微粉中一种或两种的组合，水泥掺合料为组合物时，I级硅灰的用量占水泥掺合料总重量的50～80％，所述超塑化剂为β-萘系磺酸盐甲醛缩合物系高效减水剂、磺化三聚氰胺甲醛树脂类高效减水剂、羧酸聚醚酯嵌段共聚物系高效减水剂中的一种或几种的组合，所述消泡剂为磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷酮聚醚中的一种。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管增强水泥基复合材料，其特征在于碳纤维为公称直径7μm，长度1～6mm的短切聚丙烯腈基碳纤维。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管增强水泥基复合材料，其特征在于所述碳纳米管的外径为10nm～100nm，长度为1μm～100μm。
4.如权利要求1所述的碳纳米管增强水泥基复合材料的制备方法，其特征在于碳纳米管增强水泥基复合材料的制备方法是按下述步骤实现的：一、将分散剂溶于有机溶剂中配制成质量浓度为0.1％～10％的混合液，将碳纳米管加入混合液中，搅拌超声至均匀，形成碳纳米管分散相混合液；二、将增稠稳定剂加入水中，搅拌均匀配成质量浓度为0.5％～10％的增稠稳定剂连续相混合液；三、将增稠稳定剂连续相混合液边超声搅拌边加入到碳纳米管分散相混合液中，得到碳纳米管混合液，然后将碳纤维边超声搅拌边加入到碳纳米管混合液中至混合均匀，碳纳米管与碳纤维的质量比为1∶0.5～10；四、将水泥掺合料等分成十份，分十次缓慢加入碳纳米管混合液中搅匀，然后加热同时超声搅拌液体挥发有机溶剂，再移至真空干燥器中，用真空泵抽出混合液中气泡，得到碳纳米管混合料；五、将超塑化剂加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入碳纳米管混合料，搅拌均匀，再加入消泡剂、水泥后再机械搅均，最后将浆料装入涂油试模中振平实成型，24h后拆模再放到相对湿度95±5％，温度22±3℃的养护室中养护到预定的龄期，即得碳纳米管增强水泥基复合材料；其中步骤一中碳纳米管与分散剂的质量比为1∶0.1～10，步骤一中所述的有机溶剂为异丙醇、无水乙醇、丙酮、氯仿、二甲苯或四氢呋喃，步骤二中碳纳米管与增稠稳定剂的质量比为1∶0.1～20，步骤四中碳纳米管与水泥掺合料的质量比为1∶2～200，步骤五中碳纳米管与超塑化剂的质量比为1∶0.1～20，碳纳米管与消泡剂的质量比为1∶0.05～5，碳纳米管与水泥的质量比为1∶20～2000；其中步骤四中将碳纳米管混合料在105℃的烘箱中烘干，然后用研钵研成微米级粉末。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101886954A (zh) * 2010-07-09 2010-11-17 济南大学 可用于正负温自测的水泥基温度传感元件
CN102936113B (zh) * 2011-08-15 2014-12-03 青岛理工大学 建筑用混杂纳米复合材料的制备方法
CN102924020B (zh) * 2012-10-26 2014-11-26 青岛理工大学 压阻/压电复合材料制法及采用该材料的传感器及制法
CN103130436B (zh) * 2013-03-25 2015-03-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 氧化石墨烯和石墨烯增强水泥基复合材料及其制备方法
CN103319129B (zh) * 2013-06-27 2014-11-19 东南大学 一种生态纳米颗粒增强水泥基复合材料及其制备方法
CN103466979A (zh) * 2013-08-28 2013-12-25 句容联众科技开发有限公司 一种碳纤维增强水泥及其制备方法
CN103674300B (zh) * 2013-11-26 2016-09-07 河海大学 一种温度传感器的制备方法
CN104030634B (zh) * 2014-06-12 2016-07-13 杭州固华新材料科技有限公司 一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土及其制备方法
CN105368269B (zh) * 2014-08-26 2017-09-01 中国石油天然气集团公司 一种低温固化液态环氧树脂防腐蚀涂料及其制造方法
CN104402326A (zh) * 2014-10-27 2015-03-11 无为恒基商品混凝土有限公司 一种高性能混凝土
CN104387005A (zh) * 2014-10-30 2015-03-04 苏州莱特复合材料有限公司 一种碳纳米管水泥复合材料及其制备方法
CN105356405A (zh) * 2015-12-10 2016-02-24 国网四川省电力公司天府新区供电公司 维纶水泥电缆导管
CN105500520B (zh) * 2015-12-10 2018-02-23 国网四川省电力公司天府新区供电公司 维纶水泥电缆导管的生产工艺
CN106007553B (zh) * 2016-05-12 2018-09-04 汕头大学 一种碳纳米管/聚乙烯醇高韧性智能水泥砂浆及其制备
CN106278020B (zh) * 2016-08-04 2018-09-04 青岛理工大学 三相导电复合材料、制备方法及应用
CN106277876B (zh) * 2016-08-04 2018-09-04 青岛理工大学 水泥基导电复合材料、制备方法及应用
CN106396445B (zh) * 2016-08-29 2019-08-06 上海市建筑科学研究院 中放废物处置容器混凝土复合增强材料及其制备方法
CN107607426A (zh) * 2017-08-07 2018-01-19 中国石油天然气集团公司 一种固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法
CN107902975B (zh) * 2017-12-22 2020-09-22 南京倍立达新材料系统工程股份有限公司 一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品及制备方法
CN108358521A (zh) * 2018-04-04 2018-08-03 中国建筑股份有限公司 多壁碳纳米管水泥基复合材料及其制备方法
CN108863274B (zh) * 2018-08-20 2021-03-30 重庆绿恒环保科技有限公司 一种具有导电功能的面层自流平砂浆
CN109133765A (zh) * 2018-08-25 2019-01-04 太和县鑫泰高科新型建筑材料有限公司 一种用热还原石墨烯-碳纳米管改性增强水泥基复合材料的方法
CN109437747B (zh) * 2018-12-06 2021-07-06 中交武汉港湾工程设计研究院有限公司 混凝土结构物保护材料
CN109987886A (zh) * 2019-01-23 2019-07-09 山东建筑大学 一种水泥基传感元件及其制备方法
CN109734384B (zh) * 2019-03-20 2020-02-21 河南理工大学 一种改性碳纳米管增强水泥基复合浆料及其制备方法
CN110877905B (zh) * 2019-08-23 2023-02-03 安徽理士电源技术有限公司 竹节状氮掺杂石墨碳纳米管电极材料的制备方法及应用
CN110981295A (zh) * 2019-11-28 2020-04-10 浙江大学 一种地聚合物基自感应锚固砂浆及其制备方法
GB2589908B (en) 2019-12-12 2023-09-20 Una Developments Ltd A method for preparing a geoolymer composition
CN113929377A (zh) * 2020-07-14 2022-01-14 南京林业大学 一种碳纳米管改性的高强高韧水泥基复合材料的制备方法
CN112110697A (zh) * 2020-09-08 2020-12-22 中国人民解放军空军工程大学 一种应用多尺度纤维结构体提升混凝土动力特性的方法
CN112408857B (zh) * 2020-12-04 2022-01-14 福州大学 一种高导热环氧树脂复合材料及其制备方法
CN112521077B (zh) * 2020-12-16 2022-04-15 安徽工业大学 一种水泥基导电复合材料
CN113816688B (zh) * 2021-10-18 2022-06-28 上铁芜湖轨道板有限公司 一种封锚砂浆及其制备方法
GB2620363A (en) 2022-06-16 2024-01-10 Una Developments Ltd Cementitious binder composition, a method for preparing the same and its uses

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