CN110218020B - 一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土添加剂的制备方法，具体为一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂及其制备方法，属于建筑材料添加剂领域。本发明的添加剂由以下质量配比的成分组成：水镁石纳米纤维15‑25份、超分子聚乙烯20‑25份、有机‑无机聚合材料10‑15份、功能纳米碳材料10‑‑15份、纳米无机物5‑8份、衣康酸3‑5份、硫酸钙15‑30份。本发明还提供了一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂及其制备方法，制备的添加剂可以有效的提高水泥的抗腐蚀、抗压、耐磨等多种性能。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土添加剂的制备方法，具体为一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂及其制备方法，属于建筑材料添加剂领域。
背景技术
由于水泥混凝土生产材料成本低廉，且具有较高的抗压强度和结构稳定性，所以在国内道路建设中应用较为广泛。但随着国内交通量的日益增加，普通的水泥混凝土路面已经无法满足行车荷载的要求。尤其是在重载条件下，水泥混凝土路面经常会由于遭受各种灾害，未达到预计使用年限就提前损坏，给道路的正常运营造成难以估量的损失。因此，开发功能添加剂对提高水泥混凝土的综合性能具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂及其制备方法，制备的添加剂可以有效的提高水泥的抗腐蚀、抗压、耐磨等多种性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂，其特征在于由以下质量配比的成分组成：
水镁石纳米纤维 15-25份
超分子聚乙烯 20-25份
有机-无机聚合材料 10-15份
功能纳米碳材料 10--15份
纳米无机物 5-8份
衣康酸 3-5份
硫酸钙 15-30份。
优选的，所述的水镁石纳米纤维的粒径在400-600nm之间。
优选的，所述的有机-无机聚合材料为多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料；
优选的，所述的功能纳米碳材料为纳米氧化石墨烯；
优选的，所述的纳米无机物为纳米氧化钴与纳米二氧化硅按1：0.5-2的质量比混合而成。
优选的，本发明还提供了一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将长度为9-15mm，直径为8-10 μm水镁石纤维材料研磨成微米级别后，分散在低共熔溶剂-水混合液中，湿法研磨后，过滤、洗涤、干燥得水镁石纳米纤维；
（2）将C4修饰的纳米二氧化硅与水混合后超声30-40 min，将其分散在水中得浓度为4-5%（m/v）的二氧化硅分散液，向分散液中加入0.2-0.3倍体积的苯乙烯正己烷溶液，在10000-12000rpm高速剪切条件下乳化20-40min形成稳定的乳液后，在55-65℃，无氧条件下反应2-4h，冷却，过滤、洗涤、干燥得多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料；
（3）将硫酸钙、纳米无机物、功能纳米碳材料混合后，在150-200℃条件下烘烤20-30min，冷却后与超分子聚乙烯、衣康酸、有机-无机聚合材料高速搅拌混合均匀，得提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂。
优选的，步骤（1）中所述的低共熔溶剂为氯化胆碱-葡萄糖-水，L-脯氨酸-甘油-水中的一种，所述低共熔溶剂的体积分数为30-40%。
优选的，步骤（2）中所述的苯乙烯正己烷溶液中苯乙烯的浓度为0.1-0.25mol/L。
优选的，步骤（2）中所述的苯乙烯正己烷溶液还含有偶氮二异丁腈，其浓度为0.01-0.02g/L。
与现有技术相比，本发明所述的一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂及其制备方法具有以下有益效果：本发明采用超分子聚乙烯以及衣康酸作为功能性有机物，当其与水泥混凝土混合时可以发生聚合反应从而吸附在混凝土表面，可显著提高混凝土的耐碱性和耐有机溶剂性；将水镁石纤维制备成纳米纤维作为添加剂的成分，纳米水镁石纤维能有效的与水泥混凝土混合，能有效的增强水泥的抗弯拉性能等力学性能；利用皮克林乳液聚合法制备有机-无机聚合材料与功能纳米碳材料作为功能添加剂，能有效的增加水泥的耐磨性；将纳米无机物作为功能纳米材料可以将水泥混凝土与聚合物之间形成良好的兼容，不仅提高了混凝土的抗腐蚀性而且避免了混凝土力学性能的下降。
具体实施方式
【实施例1】
一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂，其特征在于由以下质量配比的成分组成：水镁石纳米纤维23份、超分子聚乙烯24份、多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料13份、纳米氧化石墨烯14份、纳米氧化钴3份、纳米二氧化硅4份、衣康酸4份、硫酸钙15份；
一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将长度为9-15mm，直径为8-10 μm水镁石纤维材料研磨成微米级别后，分散在35%（v/v）氯化胆碱-葡萄糖-水低共熔溶剂-水混合液中，湿法研磨后，过滤、洗涤、干燥得水镁石纳米纤维；
（2）将C4修饰的纳米二氧化硅与水混合后超声30 min，将其分散在水中得浓度为4.5%（m/v）的二氧化硅分散液，向分散液中加入0.25倍体积的0.15mol/L苯乙烯的正己烷溶液，在12000rpm高速剪切条件下乳化25 min形成稳定的乳液，在55℃，无氧条件下反应3h后，冷却，过滤、洗涤、干燥得多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料；
（3）将硫酸钙、纳米氧化钴、纳米二氧化硅、纳米氧化石墨烯材料混合后，在190℃条件下烘烤25 min，冷却后与超分子聚乙烯、衣康酸、多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料高速搅拌混合均匀，得提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂。
【实施例2】
一种提高水泥混凝土抗综合性能的碳纳米添加剂，其特征在于由以下质量配比的成分组成：水镁石纳米纤维22份、超分子聚乙烯22份、多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料12份、纳米氧化石墨烯13份、纳米氧化钴4份、纳米二氧化硅4份、衣康酸5份、硫酸钙17份；
一种提高水泥混凝土抗综合性能的碳纳米添加剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将长度为9-15mm，直径为8-10 μm水镁石纤维材料研磨成微米级别后，分散在40%（v/v）L-脯氨酸-葡萄糖-水低共熔溶剂-水混合液中，湿法研磨后，过滤、洗涤、干燥得水镁石纳米纤维；
（2）将C4修饰的纳米二氧化硅与水混合后超声35 min，将其分散在水中得浓度为5%（m/v）的二氧化硅分散液，向分散液中加入0.2倍体积的0.18mol/L苯乙烯的正己烷溶液，在11000rpm高速剪切条件下乳化30min形成稳定的乳液，在60℃，无氧条件下反应2h后，冷却，过滤、洗涤、干燥得多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料；
（3）将硫酸钙、纳米氧化钴、纳米二氧化硅、纳米氧化石墨烯材料混合后，在180℃条件下烘烤30min，冷却后与超分子聚乙烯、衣康酸、多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料高速搅拌混合均匀，得提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂。
【实施例3】
一种提高水泥混凝土抗综合性能的碳纳米添加剂，其特征在于由以下质量配比的成分组成：水镁石纳米纤维20份、超分子聚乙烯24份、多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料13份、纳米氧化石墨烯12份、纳米氧化钴3份、纳米二氧化硅3份、衣康酸4份、硫酸钙21份；
一种提高水泥混凝土抗综合性能的碳纳米添加剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将长度为9-15mm，直径为8-10 μm水镁石纤维材料研磨成微米级别后，分散在35%（v/v）L-脯氨酸-葡萄糖-水低共熔溶剂-水混合液中，湿法研磨后，过滤、洗涤、干燥得水镁石纳米纤维；
（2）将C4修饰的纳米二氧化硅与水混合后超声30 min，将其分散在水中得浓度为5%（m/v）的二氧化硅分散液，向分散液中加入0.25倍体积的0.16mol/L苯乙烯的正己烷溶液，在12000rpm高速剪切条件下乳化30min形成稳定的乳液，在55℃，无氧条件下反应2h后，冷却，过滤、洗涤、干燥得多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料；
（3）将硫酸钙、纳米氧化钴、纳米二氧化硅、纳米氧化石墨烯材料混合后，在190℃条件下烘烤30min，冷却后与超分子聚乙烯、衣康酸、多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料高速搅拌混合均匀，得提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂，其特征在于由以下质量配比的成分组成：
水镁石纳米纤维 15-25份
超分子聚乙烯 20-25份
有机-无机聚合材料 10-15份
功能纳米碳材料 10-15份
纳米无机物 5-8份
衣康酸 3-5份
硫酸钙 15-30份；
所述的水镁石纳米纤维的粒径在400-600nm之间，所述的有机-无机聚合材料为多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料；所述的功能纳米碳材料为纳米氧化石墨烯；所述的纳米无机物为纳米氧化钴与纳米二氧化硅按1：0.5-2的质量比混合而成。
2.一种权利要求1所述的提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将长度为9-15mm，直径为8-10 μm水镁石纤维材料研磨成微米级别后，分散在低共熔溶剂-水混合液中，湿法研磨后，过滤、洗涤、干燥得水镁石纳米纤维；
（2）将C4 修饰的纳米二氧化硅与水混合后超声30-40 min，将其分散在水中得浓度为4-5%（m/v）的二氧化硅分散液，向分散液中加入0.2-0.3倍体积的苯乙烯正己烷溶液，在10000-12000rpm高速剪切条件下乳化20-40min形成稳定的乳液后，在55-65℃，无氧条件下反应2-4h，冷却，过滤、洗涤、干燥得多孔的聚苯乙烯纳米二氧化硅纳米材料；
（3）将硫酸钙、纳米无机物、功能纳米碳材料混合后，在150-200℃条件下烘烤20-30min，冷却后与超分子聚乙烯、衣康酸、有机-无机聚合材料高速搅拌混合均匀，得提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂。
3.根据权利要求2所述的一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的低共熔溶剂为氯化胆碱-葡萄糖-水，L-脯氨酸-甘油-水中的一种，所述低共熔溶剂的体积分数为30-40%。
4.根据权利要求2所述的一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述的苯乙烯正己烷溶液中苯乙烯的浓度为0.1-0.25mol/L。
5.根据权利要求4所述的一种提高水泥混凝土综合性能的碳纳米添加剂的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述的苯乙烯正己烷溶液还含有偶氮二异丁腈，其浓度为0.01-0.02g/L。
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