CN105384388B - 一种碳纳米管改性减缩剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纳米管改性减缩剂，按质量百分比包括以下组分，碳纳米管10%~15%、聚乙二醇54.4%~69.9%、偶联剂20%~30%、消泡剂0.1%~0.6%。本发明还公开了一种碳纳米管改性减缩剂的制备方法及其应用。本发明制备的碳纳米管改性减缩剂，使水泥基材料的早期自收缩减少了14%‑33%，28d抗折强度增加了20%‑37%、抗压强度增加了25%‑43%。本发明具有显著减少高性能水泥基材料的自收缩作用，且增强了水泥基复合材料的强度，改善了耐久性。
Description
技术领域
本发明属于土木工程、桥梁工程以及海洋工程等混凝土结构工程技术领域，涉及一种减少水泥基材料自收缩的减缩剂，尤其涉及一种碳纳米管改性减缩剂，本发明还涉及一种碳纳米管改性减缩剂的制备方法。
背景技术
随着高性能混凝土的应用，自收缩现象逐渐受到人们的重视。且随着水灰比的降低，自收缩现象更加明显。在现代水泥混凝土应用过程中，耐久性逐渐受到重视，提高水泥混凝土体积稳定性，可以减少开裂，从而保证建筑材料的力学性能和耐久性能。目前主要通过掺用外加剂(如减缩剂)或纤维(如聚丙烯纤维)来改善混凝土的塑性收缩抗裂性能，一般的减缩剂能较大幅度的降低干燥收缩和相对较小的提高塑性收缩抗裂能力，对早期自收缩的改善作用不大，且在一定程度上降低了混凝土的力学性能。
发明内容
发明目的：本发明的所要解决的第一个技术问题是提供了一种碳纳米管改性减缩剂。
本发明的所要解决的第二个技术问题是提供了一种碳纳米管改性减缩剂的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供了一种碳纳米管改性减缩剂的应用。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碳纳米管改性减缩剂，按质量百分比包括以下组分，碳纳米管10%~15%、聚乙二醇54.4%~69.9%、偶联剂20%~30%、消泡剂0.1%~0.6%。
其中，上述的碳纳米管为带羧基基团的多壁碳纳米管（MWNT），长径比为500-3000，杨氏模量为1TPa，抗拉强度63GPa，弯曲强度14GPa。
其中，上述的聚乙二醇的分子量为200～600，常温下是液体。
其中，上述的偶联剂为硅烷偶联剂，包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）。
其中，上述的消泡剂为磷酸三丁酯。
一种碳纳米管改性减缩剂的制备方法，包括以下步骤：精确称量带羧基基团的多壁碳纳米管，倒入烧杯中，向其中滴入所需质量的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，再加入聚乙二醇至所需质量，将所得的混合液放入超声波细胞破碎机中，接通电源，设置功率80-120W和最高警示温度35-45℃，超声分散2小时后，将固定质量的消泡剂加入分散液，置于磁力搅拌器分散2小时即得。
上述的一种碳纳米管改性减缩剂在改善混凝土的塑性收缩抗裂性能方面的应用。
上述的一种碳纳米管改性减缩剂在高性能水泥基材料中的应用。
有益效果：本发明制备的碳纳米管改性减缩剂，使水泥基材料的早期自收缩减少了14%-33%，28d抗折强度增加了20%-37%、抗压强度增加了25%-43%。本发明具有显著减少高性能水泥基材料的自收缩作用，且增强了水泥基复合材料的强度，改善了耐久性。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种碳纳米管改性减缩剂，按质量百分比由以下组分组成，碳纳米管10%、聚乙二醇69.9%、偶联剂20%、消泡剂0.1%。碳纳米管为带羧基基团的多壁碳纳米管（MWNT），长径比为500-3000，杨氏模量为1TPa，抗拉强度63GPa，弯曲强度14GPa，偶联剂为KH550和KH560，按质量比1:1滴入碳纳米管中，消泡剂为磷酸三丁酯。
碳纳米管改性减缩剂的制备方法，包括以下步骤：精确称量5gMWNT，倒入烧杯中，向其中滴入5gKH550和5gKH560，再加入34.95g聚乙二醇。将所得的混合液放入超声波细胞破碎机中，接通电源，设置功率（80W）和最高警示温度（35℃），采用冷却水循环控制温度，超声分散2h（超声3s，停1s），将0.05g消泡剂加入分散液，置于磁力搅拌器分散2小时。
固定水胶比为0.3，采用的水泥为PⅡ42.5，纳米改性减缩剂掺量为水泥质量的1%，与未加纳米改性减缩剂的水泥浄浆进行对照试验，自收缩按照美国标准（ASTM C1698）测试，并制成试件测试28d的抗折强度和抗压强度，经过计算结果表明：未加纳米改性减缩剂的水泥浄浆的7d的自收缩量为748um/m，28d的抗折强度为11.3MPa，抗压强度为59.3 MPa，加碳纳米管改性减缩剂的水泥浄浆的自收缩为643 um/m，28d的抗折强度为13.6 MPa，抗压强度为74.1MPa。
实施例2
一种碳纳米管改性减缩剂，按质量百分比由以下组分组成，碳纳米管12.5%，聚乙二醇62.2%，偶联剂25%，消泡剂0.3%。碳纳米管为带羧基基团的多壁碳纳米管（MWNT），长径比为500-3000，杨氏模量为1TPa，抗拉强度63GPa，弯曲强度14GPa，偶联剂为KH550和KH560，按质量比1:1滴入碳纳米管中，消泡剂为磷酸三丁酯。
上述碳纳米管改性减缩剂的制备方法，包括以下步骤：精确称量6.25gMWNT，倒入烧杯中，向其中滴入6.25gKH550和6.25gKH560，再加入31.1g聚乙二醇。将所得的混合液放入超声波细胞破碎机中，接通电源，设置功率（100W）和最高警示温度（40℃），采用冷却水循环控制温度，超声分散2h（超声3s，停1s），将0.15g的消泡剂加入分散液，置于磁力搅拌器分散2小时。
试验过程参照实施例1，结果表明：未加纳米改性减缩剂的水泥浄浆的7d的自收缩量为748um/m，28d的抗折强度为11.3MPa，抗压强度为59.3 MPa，加碳纳米管改性减缩剂的水泥浄浆的自收缩为501um/m，28d的抗折强度为14.1 MPa，抗压强度为75.9MPa。
实施例3
一种碳纳米管改性减缩剂，按质量百分比由以下组分组成，碳纳米管15%，聚乙二醇54.4%，偶联剂30%，消泡剂0.6%。碳纳米管为带羧基基团的多壁碳纳米管（MWNT），长径比为500-3000，杨氏模量为1TPa，抗拉强度63GPa，弯曲强度14GPa，偶联剂为KH550和KH560，按质量比1:1滴入碳纳米管中，消泡剂为磷酸三丁酯。
上述碳纳米管改性减缩剂的制备方法，包括以下步骤：精确称量7.5gMWNT，倒入烧杯中，向其中滴入7.5g所需质量的KH550和7.5gKH560，再加入27.2g聚乙二醇。将所得的混合液放入超声波细胞破碎机中，接通电源，设置功率（120W）和最高警示温度（45℃），采用冷却水循环控制温度，超声分散2h（超声3s，停1s），将0.3g消泡剂加入分散液，置于磁力搅拌器分散2小时。
试验过程参照实施例1，结果表明：未加纳米改性减缩剂的水泥浄浆的7d的自收缩量为748um/m，28d的抗折强度为11.3MPa，抗压强度为59.3 MPa，加碳纳米管改性减缩剂的水泥浄浆的自收缩为583um/m，28d的抗折强度为15.5MPa，抗压强度为84.8MPa。
Claims (4)
1.一种碳纳米管改性减缩剂，其特征在于，按质量百分比包括以下组分：碳纳米管10%~15%、聚乙二醇54.4%~69.9%、偶联剂20%~30%、消泡剂0.1%~0.6%；所述的碳纳米管为带羧基基团的多壁碳纳米管，长径比为500-3000，杨氏模量为1TPa，抗拉强度63GPa，弯曲强度14GPa，所述的聚乙二醇的分子量为200～600，常温下是液体，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，所述的消泡剂为磷酸三丁酯，所述碳纳米管改性减缩剂的制备方法包括以下步骤：精确称量带羧基基团的多壁碳纳米管，倒入烧杯中，向其中滴入所需质量的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，再加入聚乙二醇至所需质量，将所得的混合液放入超声波细胞破碎机中，接通电源，设置功率80-120W和最高警示温度35-45℃，超声分散2小时后，将固定质量的消泡剂加入分散液，置于磁力搅拌器分散2小时即得。
2.权利要求1所述的一种碳纳米管改性减缩剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：精确称量带羧基基团的多壁碳纳米管，倒入烧杯中，向其中滴入所需质量的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，再加入聚乙二醇至所需质量，将所得的混合液放入超声波细胞破碎机中，接通电源，设置功率80-120W和最高警示温度35-45℃，超声分散2小时后，将固定质量的消泡剂加入分散液，置于磁力搅拌器分散2小时即得。
3.权利要求1所述的一种碳纳米管改性减缩剂在改善混凝土的塑性收缩抗裂性能方面的应用。
4.权利要求1所述的一种碳纳米管改性减缩剂在高性能水泥基材料中的应用。
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