CN102329094B - 纳米/无机复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米/无机复合物，其组成成分及重量配比如下：1-15份碳纳米材料、40-120份氧化物材料、60-180份硫酸盐材料；其中，碳纳米材料以材料中碳纳米有效成分计。本发明还提供了该纳米/无机复合物的制备方法。它作为工程材料或工程辅料，具有导静电、防渗漏、强度高、补偿混凝土收缩的性能。该复合物材料生产成本低、操作工艺简单，可作为功能建材在矿井、隧道等工程领域使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米/无机复合物及其制备方法。属无机材料科学领域。
技术背景
混凝土材料发展已有200余年历史，由于其自身的优点，强度高、耐久性好、原料来源广、工艺简单、成本较低，适用于各种自然环境，因此得到了很大的发展。但混凝土是一种多孔物质，存在较多毛细孔，并且，当混凝土干燥后，易收缩，造成裂缝产生，这些毛细孔和裂缝会成为后期渗水和漏水的通道，长期的渗水会导致混凝土内部的氢氧化钙溶失，侵蚀混凝土内部结构，不仅影响到结构安全，还缩短了工程的使用寿命。
目前，有人用硅酸盐水泥等防水涂料对成型混凝土进行防水处理，也有人在混凝土拌合过程中加入膨胀剂，从而补偿混凝土的收缩，不至产生裂纹。但目前多数防水涂料使用后，仍会产生刚性裂缝；而大多数膨胀剂的加入后，如果膨胀率过大，也会造成混凝土强度的陡然降低，最终使得其强度不符合规定标准。
另外，在某些特定环境下，防静电性能也成为了混凝土的一个重要指标，如矿井、隧道等有渗漏和有害易燃易爆气体产生的场合中，如果产生静电，则容易引起爆炸等事故的发生。
因此，为了弥补混凝土的功能缺陷，急需一种既能补偿混凝土收缩，又保持混凝土抗压强度，还能防静电的复合材料。
目前，还未见仅用碳纳米管、氧化物、硫酸盐组合用于改善混凝土性能的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米/无机复合物及其制备方法。该纳米/无机复合物由碳纳米材料、氧化物和硫酸盐复合组成，是一种粒径小于500目、经过煅烧的无机材料，是一种具有独特技术性能的工程材料。
本发明提供一种纳米/无机复合物，其特征在于：其组成成分及重量配比如下：
1-15份碳纳米材料、40-120份氧化物材料、60-180份硫酸盐材料；其中，碳纳米材料以材料中碳纳米有效成分计；各成分的粒径小于500目。
进一步地，其组成成分及重量配比如下：
3份碳纳米材料、120份氧化物材料、160份硫酸盐材料。
其中，所述碳纳米材料为游离碳纳米管、碳纳米管云母填料、碳纳米管钛白填料中的一种或两种以上的组合。
其中，所述氧化物材料为氧化钙、氧化铝、氧化铁、氧化镁、氧化硅中的一种材料或两种以上的组合材料。
进一步地，所述氧化钙材料为生石灰，所述氧化硅材料为高岭土。
其中，所述硫酸盐材料为硫酸钙、硫酸铁中的一种材料或两种的组合材料。
进一步地，上述复合物是按如下方法制备的：
(1)按重量配比称取组成成分；
(2)将氧化物材料、硫酸盐材料在1000℃-1300℃煅烧1-3小时后，干燥下冷却至室温；
(3)将碳纳米材料与煅烧过的氧化物材料、硫酸盐材料混合，碾磨均匀，使粒径小于500目即得。
本发明还提供了一种制备权利要求上述的纳米/无机复合物的方法，它包括如下步骤：
(1)按重量配比称取组成成分；
(2)将氧化物材料、硫酸盐材料在1000℃-1300℃煅烧1-3小时后，干燥下冷却至室温；
(3)将碳纳米材料与煅烧过的氧化物材料、硫酸盐材料混合，碾磨均匀，使粒径小于500目即得。
本发明还提供了上述的纳米/无机复合物作为混凝土外加剂中的应用。
本发明还提供了上述的纳米/无机复合物作为耐腐蚀、防渗漏、防静电、补偿混凝土收缩的功能材料中的应用。
本发明纳米/无机复合物，具有强度高、防静电、吸水膨胀的特性。该复合物或添加该复合物的混凝土/砂浆，适用于快速填充煤层和岩层的空洞及封堵漏风；粘合断裂破碎的煤层、岩层及碎石；填充煤矿采空区和修复隧道洞室中的空隙。
本发明是通过这样的技术路线实现的：首先，煅烧过的氧化物、硫酸盐自吸水体积膨胀，迅速渗透进周围的缝隙，形成无机晶体，将毛细孔和裂纹通道堵塞，在潮湿的环境下强度不变，从而提高混凝土的抗渗能力，达到防渗、防漏的目的；其次纳米材料更进一步增强了其吸附性和抗压强度，同时具有导静电的功能。
综上所述，本发明纳米/无机复合物是将碳纳米管、氧化物和硫酸盐复合在一起得到的，兼有纳米材料和无机盐晶体的优点，作为工程材料具有优异的力学性能及防静电、防渗漏和耐腐蚀性能，且安全无污染、成本低、方便机械化施工。
下面通过具体实施例的方式对本发明做进一步详述，但不应理解为是对本发明保护范围的限制，凡基于上述技术思想，利用本领域普通技术知识和惯用手段所做的修改、替换、变更均属于本发明的范围。
具体实施方式
实施例1本发明复合物的制备
(1)按下列组分配料：
A组份：氧化钙 30重量份
氧化铝 15重量份
高岭土 5重量份
硫酸钙 60重量份
硫酸铁 10重量份
B组份：多壁碳纳米管1.5重量份
(2)将A组份在1000℃-1300℃煅烧1-3小时后，干燥下冷却至室温；
(3)将B组份加入煅烧过的A组份中，混合均匀，用雷蒙磨碾磨，粒径小于500目即得。
实施例2本发明复合物的制备
(1)按下列组分配料：
A组份：生石灰 60重量份
氧化铝 30重量份
硫酸钙 130重量份
B组份：10％w/w碳纳米管云母填料25重量份
(2)将A组份在1000℃-1300℃煅烧1-3小时后，干燥下冷却至室温；
(3)将B组份加入煅烧过的A组份中，混合均匀，用雷蒙磨碾磨，粒径小于500目即得。
实施例3本发明复合物的制备
(1)按下列组分配料：
A组份：氧化钙28重量份
高岭土 18重量份
氧化铝 12重量份
氧化镁 4重量份
硫酸钙 70重量份
硫酸铁 6重量份
B组份：10％w/w碳纳米管钛白填料 15重量份
(2)将A组份在1000℃-1300℃煅烧1-3小时后，干燥下冷却至室温；
(3)将B组份加入煅烧过的A组份中，混合均匀，用雷蒙磨碾磨，粒径小于500目即得。
实施例4本发明复合物的制备
(1)按下列组分配料：
A组份：生石灰70重量份
高岭土 10重量份
氧化铝 35重量份
氧化铁 5重量份
硫酸钙 150重量份
B组份：多壁碳纳米管 3重量份
(2)将A组份在1000℃-1300℃煅烧1-3小时后，干燥下冷却至室温；
(3)将B组份加入煅烧过的A组份中，混合均匀，用雷蒙磨碾磨，粒径小于500目即得。
实施例5本发明复合物的制备
(1)按下列组分配料：
A组份：氧化钙56重量份
高岭土 35重量份
氧化铝 25重量份
氧化镁 4重量份
硫酸钙 140重量份
硫酸铁 20重量份
B组份：10％w/w碳纳米管云母填料 30重量份
(2)将A组份在1000℃-1300℃煅烧1-3小时后，干燥下冷却至室温；
(3)将B组份加入煅烧过的A组份中，混合均匀，用雷蒙磨碾磨，粒径小于500目即得。
实施例6本发明复合物的制备
(1)按下列组分配料：
A组份：氧化钙56重量份
高岭土 35重量份
氧化铝 25重量份
氧化镁 4重量份
硫酸钙 140重量份
硫酸铁 40重量份
B组份：10％w/w碳纳米管云母填料 150重量份
(2)将A组份在1000℃-1300℃煅烧1-3小时后，干燥下冷却至室温；
(3)将B组份加入煅烧过的A组份中，混合均匀，用雷蒙磨碾磨，粒径小于500目即得。
通过下述试验例来说明本发明复合物的有益效果。
试验例1
复合物(实施例1-5)/水1∶1，搅拌1-3分钟，5-10分钟初凝。第6天测试结果：抗压强度8-20Mpa，平方电阻106-109欧姆，体积膨胀1-3倍。表明，本发明复合物能够有效满足外用填充、补漏等要求。
试验例2
砂浆：(85％-90％水泥+15％-10％复合物/砂/水＝1∶1∶0.7-1，搅拌15分钟)制样，28天后用点载核仪测试抗压强度。
实施例2复合物添加后测定结果见表1。
表1空白与复合物样
空白样平方电阻＞109欧姆，体积收缩；含本发明复合物样抗压强度20-50Mpa，体积膨胀30％-40％，平方电阻106-109欧姆，和易性好；表明，本复合物能够补偿水泥收缩，并且在膨胀的同时，还能够保持较大的抗压强度，足以用于对矿井、隧道等环境下的补漏、防渗，且与空白砂浆相比，其电阻明显降低，导电率提高，因此，本发明复合物能够用于特殊环境中，有效防止静电产生，增加了施工的安全性。
试验例3
混凝土：(85％-90％水泥+15％-10％复合物/砂/碎石/水＝0.5∶1∶1∶0.6，搅拌15分钟)制样，28天后用点载核仪测试抗压强度。
实施例4复合物添加后测定结果见表2中#2、#3。
实施例5复合物添加后测定结果见表2中#4、#5、#6。
由表2可知，含复合物样的混凝土，抗压强度60-320Mpa，体积膨胀30％-50％，平方电阻106-108欧姆，，表明添加本发明复合物的混凝土可以达到高强度(＞50Mpa)、甚至超高强度(＞100Mpa)，防静电能力优于普通混凝土，并能有效防止混凝土干缩；其中，#2、#3复合混凝土的强度在65-160Mpa(平均强度为105.02Mpa，)，#4、#5、#6复合混凝土的强度在90-320Mpa(平均强度为189.35Mpa)，表明，实施例5所得复合物最好。
表2煤样、矸石与复合物样
综上所述，本发明纳米/无机复合物能够迅速渗透进周围的缝隙，形成无机晶体，在潮湿的环境下强度不变，其吸附性和抗压强度高，同时具有导静电的功能，可用于对混凝土、煤层、岩层、隧道等裂缝的修补，并且，可直接用于混凝土的拌合过程，从而在前期保证混凝土的强度并增大混凝土的体积，补偿收缩。本发明纳米/无机复合物组分简单，制备方便，在节约了成本的同时，还能够保持对混凝土性能的改善作用，为土木工程建设提供了一种新的使用选择。
Claims (2)
1.一种纳米/无机复合物，其特征在于：它是按如下方法制备的：
（1）按重量配比称取组份：
1-15份碳纳米材料、40-120份氧化物材料、60-180份硫酸盐材料；其中，碳纳米材料以材料中碳纳米有效成分计；
（2）将氧化物材料、硫酸盐材料在1000℃-1300℃煅烧1-3小时后，干燥下冷却至室温；
（3）将碳纳米材料与煅烧过的氧化物材料、硫酸盐材料混合，碾磨均匀，使粒径小于500目即得。
2.根据权利要求1所述的纳米/无机复合物，其特征在于：其组份及重量配比如下：
3份碳纳米材料、120份氧化物材料、160份硫酸盐材料。
3、根据权利要求1或2所述的纳米/无机复合物，其特征在于，所述碳
纳米材料为游离碳纳米管、碳纳米管云母填料、碳纳米管钛白填料中的一种或两种以上的组合。
4、根据权利要求1或2所述的纳米/无机复合物，其特征在于，所述氧
化物材料为氧化钙、氧化铝、氧化铁、氧化镁、氧化硅中的一种材料或两种以上的组合材料。
5、根据权利要求4所述的纳米/无机复合物，其特征在于，所述氧化钙
材料为生石灰，所述氧化硅材料为高岭土。
6、根据权利要求1或2所述的纳米/无机复合物，其特征在于，所述硫
酸盐材料为硫酸钙、硫酸铁中的一种材料或两种的组合材料。
7、一种制备权利要求1～6任意一项所述的纳米/无机复合物的方法，
它包括如下步骤：
（1）按重量配比称取组份；
（2）将氧化物材料、硫酸盐材料在1000℃-1300℃煅烧1-3小时后，干燥下冷却至室温；
（3）将碳纳米材料与煅烧过的氧化物材料、硫酸盐材料混合，碾磨均匀，使粒径小于500目即得。
8、权利要求1～6任意一项所述的纳米/无机复合物作为混凝土外加剂中
的应用。
9、权利要求1～6任意一项所述的纳米/无机复合物作为耐腐蚀、防渗
漏、防静电、补偿混凝土收缩的功能材料中的应用。
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