CN105837076A - 一种ca砂浆用功能性纳米材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CA砂浆用功能性纳米材料，以重量份计，包括以下组分：纳米氧化硅20‑30份，纳米氧化锌5‑8份，纳米氧化铝10‑15份，空心玻璃微珠3‑6份，碳纳米管1‑3份，纳米蒙脱土5‑10份，纳米凹凸棒土4‑9份。本发明还公开了该CA砂浆用功能性纳米材料的制备方法。本发明公开的CA砂浆用功能性纳米材料与CA砂浆的相容性好，其可以有效提高CA砂浆的抗压强度和其他性能。

Description

一种CA砂浆用功能性纳米材料
技术领域：
本发明涉及道路材料技术领域，具体的涉及一种CA砂浆用功能性纳米材料。
背景技术：
水泥乳化沥青砂浆(CA)是我国高速公路板式无砟轨道结构中的充填层材料，由乳化沥青、水泥、细骨料、水、消泡剂、减水剂、铝粉等材料采用特定设备及工艺拌制制成，具有良好的自流平性。在稍小的压力下，可完全填满支撑结构间的间隙(2-5cm)，并可对一些混凝土结构的变形损伤在某一限度内进行修补。
随着我国高速、快速铁路板式轨道的快速发展，水泥乳化沥青砂浆研究成为热点。水泥乳化沥青砂浆作为板式无砟轨道结构的关键组成组分，对办证轨道平顺性起到了填充、承力、传力、缓冲的作用，是保证列车在高速运行下平稳、舒适的关键材料。由于CA砂浆所起到的作用就决定了其必须具有优异的力学性能。
纳米材料是指尺寸小于100nm的纳米粒子构成的材料的总称。由于纳米粒子是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观两字隧道效应。因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能。根据物理形态划分，纳米材料大致可分为纳米粉末(纳米颗粒)、纳米纤维(纳米管、纳米线)、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类，其加入到水泥乳化沥青砂浆中，可以有效提高其强度和其他性能。
中国专利(200910099083.3)公开了一种CA砂浆用纳米材料，包括纳米二氧化硅30-45％，纳米碳酸钙50-65％，纳米级氧化锌5-10％，其配方设计合理，能有效提高CA砂浆的抗压强度，改善CA砂浆技术性能，但是其与CA砂浆的相容性差，需要添加特定的分散剂才能实现其良好的分散性，大大增加了生产成本。
发明内容：
本发明的目的是提供一种CA砂浆用功能性纳米材料，其与CA砂浆的相容性好，其可以有效提高CA砂浆的抗压强度和其他性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种CA砂浆用功能性纳米材料，以重量份计，包括以下组分：
纳米氧化硅20-30份，
纳米氧化锌5-8份，
纳米氧化铝10-15份，
空心玻璃微珠3-6份，
碳纳米管1-3份，
纳米蒙脱土5-10份，
纳米凹凸棒土4-9份。
作为上述技术方案的优选，一种CA砂浆用功能性纳米材料，以重量份计，包括以下组分：
纳米氧化硅30份，
纳米氧化锌6份，
纳米氧化铝12份，
空心玻璃微珠4份，
碳纳米管2.5份，
纳米蒙脱土6份，
纳米凹凸棒土5份。
作为上述技术方案的优选，所述纳米氧化硅为平均粒径为20-30nm的多孔氧化硅材料。
作为上述技术方案的优选，所述纳米氧化锌平均粒径为20-30nm。
作为上述技术方案的优选，所述纳米氧化铝的平均粒径为10-20nm。
作为上述技术方案的优选，所述空心玻璃微珠的平均粒径为50-80nm。
作为上述技术方案的优选，所述纳米凹凸棒土的直径为5-10nm，长度为20-30nm。
作为上述技术方案的优选，所述碳纳米管的直径为5-10nm，长度为10-20nm。
作为上述技术方案的优选，其在添加到CA砂浆之前需进行改性，改性的步骤为：将纳米氧化硅、氧化锌、氧化铝和空心玻璃微珠和去离子水混合搅拌均匀，加入桐油酸和椰油酸的混合物，升温至80-90℃，回流2-5小时，冷却至室温，加入碳纳米管、纳米蒙脱土和纳米凹凸棒土，在1000W的功率小超声1-3小时，过滤，烘干，得到改性纳米材料。
作为上述技术方案的优选，所述桐油酸和椰油酸的质量比为1:2-5。
本发明具有以下有益效果：
(1)纳米材料经过改性后与CA砂浆具有良好的相容性，且其表面具有许多的活性基团，可以与水泥沥青砂浆形成稳定的三维网络结构，且在超声的作用下，纳米颗粒可以有效辅助在纳米蒙脱土的层与层之间，避免了纳米颗粒的团聚，从而使得纳米蒙脱土的层更薄，性能更优异；
本发明提供的CA砂浆用纳米材料可以有效提高CA砂浆的抗压强度和其他性能，且其生产成本低，制备方法简单。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种CA砂浆用功能性纳米材料，以重量份计，包括以下组分：
纳米氧化硅20份，
纳米氧化锌5份，
纳米氧化铝10份，
空心玻璃微珠3份，
碳纳米管1份，
纳米蒙脱土5份，
纳米凹凸棒土4份。
实施例2
一种CA砂浆用功能性纳米材料，以重量份计，包括以下组分：
纳米氧化硅30份，
纳米氧化锌8份，
纳米氧化铝15份，
空心玻璃微珠6份，
碳纳米管3份，
纳米蒙脱土10份，
纳米凹凸棒土9份。
实施例3
一种CA砂浆用功能性纳米材料，以重量份计，包括以下组分：
纳米氧化硅30份，
纳米氧化锌6份，
纳米氧化铝12份，
空心玻璃微珠4份，
碳纳米管2.5份，
纳米蒙脱土6份，
纳米凹凸棒土5份。
实施例4
一种CA砂浆用功能性纳米材料，以重量份计，包括以下组分：
纳米氧化硅22份，
纳米氧化锌6份，
纳米氧化铝11份，
空心玻璃微珠4份，
碳纳米管1.5份，
纳米蒙脱土6份，
纳米凹凸棒土5份。
实施例5
一种CA砂浆用功能性纳米材料，以重量份计，包括以下组分：
纳米氧化硅24份，
纳米氧化锌7份，
纳米氧化铝12份，
空心玻璃微珠5份，
碳纳米管2份，
纳米蒙脱土7份，
纳米凹凸棒土6份。
实施例6
一种CA砂浆用功能性纳米材料，以重量份计，包括以下组分：
纳米氧化硅26份，
纳米氧化锌7.5份，
纳米氧化铝13份，
空心玻璃微珠5.5份，
碳纳米管2.5份，
纳米蒙脱土8份，
纳米凹凸棒土8份。
将本发明实施例1-6中经本发明所述改性方法改性后与CA砂浆混合，具体为水泥100份、细骨料220份、消泡剂0.55份、膨胀剂10份、沥青乳液180份、水25份、纳米材料3份，混合搅拌后对其进行性能检测，其中对比例为未添加纳米材料的CA砂浆。
水泥为强度等级42.5R的普通硅酸盐水泥。细骨料为洁净、坚硬、不含有泥土和有机质等有害杂质河沙，最大粒径小于2.5mm，细度模数为1.4-2.2，消泡剂为水性有机硅类消泡剂，膨胀剂为UEA型混凝土膨胀剂，沥青乳液为普通阳离子沥青乳液。
测试结果如表1所示：
表1
从表1来看，本发明制备的CA砂浆用纳米材料与CA砂浆的相容性好，可以有效提高CA砂浆的抗压强度和抗冻性能。

Claims (10)

1.一种CA砂浆用功能性纳米材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
纳米氧化硅 20-30份，
纳米氧化锌 5-8份，
纳米氧化铝 10-15份，
空心玻璃微珠 3-6份，
碳纳米管 1-3份，
纳米蒙脱土 5-10份，
纳米凹凸棒土 4-9份。
2.如权利要求1所述的一种CA砂浆用功能性纳米材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
纳米氧化硅 30份，
纳米氧化锌 6份，
纳米氧化铝 12份，
空心玻璃微珠 4份，
碳纳米管 2.5份，
纳米蒙脱土 6份，
纳米凹凸棒土 5份。
3.如权利要求1所述的一种CA砂浆用功能性纳米材料，其特征在于，所述纳米氧化硅为平均粒径为20-30nm的多孔氧化硅材料。
4.如权利要求1所述的一种CA砂浆用功能性纳米材料，其特征在于，所述纳米氧化锌平均粒径为20-30nm。
5.如权利要求1所述的一种CA砂浆用功能性纳米材料，其特征在于，所述纳米氧化铝的平均粒径为10-20nm。
6.如权利要求1所述的一种CA砂浆用功能性纳米材料，其特征在于，所述空心玻璃微珠的平均粒径为50-80nm。
7.如权利要求1所述的一种CA砂浆用功能性纳米材料，其特征在于，所述纳米凹凸棒土的直径为5-10nm，长度为20-30nm。
8.如权利要求1所述的一种CA砂浆用功能性纳米材料，其特征在于，所述碳纳米管的直径为5-10nm，长度为10-20nm。
9.如权利要求1至8任一所述的一种CA砂浆用功能性纳米材料，其特征在于，其在添加到CA砂浆之前需进行改性，改性的步骤为：将纳米氧化硅、氧化锌、氧化铝和空心玻璃微珠和去离子水混合搅拌均匀，加入桐油酸和椰油酸的混合物，升温至80-90℃，回流2-5小时，冷却至室温，加入碳纳米管、纳米蒙脱土和纳米凹凸棒土，在1000W的功率小超声1-3小时，过滤，烘干，得到改性纳米材料。
10.如权利要求9所述的一种CA砂浆用功能性纳米材料，其特征在于，所述桐油酸和椰油酸的质量比为1:2-5。
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