CN116553880A - 一种抗裂防冻型水泥基材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种抗裂防冻水泥基材料及其制备方法与应用，所述水泥基材料包括使用前分开存储的A组分和B组分。其中：所述A组分包括水泥5.0～25.0重量份、无机填料10.0～35.0重量份；所述B组分包括聚合物乳液20.0～50.0份、碳纳米管0.05～0.35重量份、水10.0～40.0重量份，且所述碳纳米管主要以通过醋酸钙而连接在聚合物颗粒上的形式存在。本发明的水泥基材料兼具良好的强度和韧性，能够很好地克服涂覆的混凝土开裂而造成其表面防护涂层也开裂失效的问题，尤其对海工混凝土这种在特殊环境中的材料，一旦防冻涂层开裂，海水中氯离子渗入混凝土中后引起腐蚀等一系列问题，对混凝土的安全性和寿命带来严重的不利用影响。

Description

一种抗裂防冻型水泥基材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及水泥基喷涂材料技术领域，具体涉及一种抗裂防冻型水泥基材料及其制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着国家海洋战略的实施，海洋环境中的基础设施建设得到迅速发展，所用到的钢筋混凝土结构数量及规模较大，使得高工作性、高耐久性海工混凝土得到广泛应用。但是，对于北方冰冻海域，因其存在冻融破坏使得混凝土结构物所处环境更为复杂，严重影响海工混凝土结构安全性及使用寿命。
传统提高混凝土抗冻性的方法是从混凝土自身出发，通过加入粉煤灰、矿粉、硅灰等矿物掺合料，并优化其配合比，来提高海工混凝土自身的抗冻性，但其提高混凝土抗冻的程度有限，在北方高寒地区其使用寿命仍然极低。为解决上述问题，现用方法大多为在混凝土表面喷附防冻涂层，这类防冻涂层材料多为环氧、聚氨酯、氟碳喷涂材料和聚脲等有机涂层材料，其虽然具有较好的抗冻性且断裂伸长率高，但存在耐久性较差、抗拉强度低等方面的不足，一旦混凝土开裂，会导致表面涂层也极易开裂，进而失去对混凝土的保护作用。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种抗裂防冻水泥基材料及其制备方法与应用，该水泥基材料兼具良好的强度和韧性，能够很好地克服涂覆的混凝土开裂而造成其表面防护涂层也开裂失效的问题。为实现上述目的，具体地，本发明的技术方案如下所示。
在本发明的第一方面，提供一种抗裂防冻水泥基材料，其包括使用前分开存储的A组分和B组分。其中：所述A组分包括水泥5.0～25.0重量份、无机填料10.0～35.0重量份；所述B组分包括聚合物乳液20.0～50.0份、碳纳米管0.05～0.35重量份、水10.0～40.0重量份，且所述碳纳米管主要以通过醋酸钙而连接在聚合物颗粒上的形式存在。
进一步地，所述B组分的原料组成包括如下组分：聚合物乳液20.0～50.0重量份、碳纳米管0.05～0.35重量份、氢氧化钙1.0～10.0重量份、水10.0～40.0重量份。
进一步地，所述水泥包括普通硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥等中的任意一种。
进一步地，所述聚合物乳液包括醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(VAE)、聚丙烯酸酯乳液(PA)等中的任意一种。可选地，所述聚合物乳液的固含量为40～60％。本发明利用所述聚合物乳液的官能团特点克服了碳纳米管容易在显正电性的水泥中团聚的问题。
进一步地，所述无机填料包括硅灰、粉煤灰、超细矿粉、二氧化硅粉、滑石粉、云母粉、碳酸钙粉等中的任意一种。在本发明中，所述无机填料与聚合物乳液成膜后形成的三维网络结构结合有助于同时提高水泥基材料的强度和韧性。
进一步地，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管等中的至少一种。本发明利用所述碳纳米管的表面官能团与所述聚合物乳液之间的作用克服水泥显正电性而导致碳纳米管容易团聚的问题。
进一步地，所述A组分中还包括：消泡剂0.42～0.56重量份、增稠剂0.39～0.52重量份、减水剂0.12～0.16重量份、早强剂0.20～0.27重量份、分散剂0.06～0.08重量份等助剂中的至少一种。
可选地，所述消泡剂包括：炔二醇、聚醚、磷酸三丁酯等中的任意一种。本发明中该消泡剂的主要作用是消除水泥基材料层中气泡，提高喷涂材料层密实度和表面质量。
可选地，所述增稠剂包括：羟丙基甲基纤维素醚、聚乙烯吡咯烷酮等中的任意一种。本发明中该增稠剂的主要作用是增大浆体粘度，提高喷涂材料的抗流挂性。
可选地，所述减水剂包括：聚羧酸系减水剂、脂肪族减水剂等中的任意一种。本发明中该减水剂的主要作用是减少水泥基材料对水的需求量，从而降低水泥基材料中因水分而形成的孔隙，孔隙过多不利于涂层的抗渗和抗冻性能。
可选地，所述早强剂包括：亚硝酸盐、三乙醇胺、尿素等中的任意一种。本发明中所述早强剂的作用使增加水泥基材料层的早期强度。
可选地，所述分散剂包括超细石英粉、三聚磷酸钠、焦磷酸钠等中的任意一种。本发明中所述分散剂的作用是使各原料组分能够混合地更加均匀。
在本发明的第二方面，提供一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，包括步骤：
(1)将所述水泥、无机填料混合均匀形成A组分，备用。
(2)将所述碳纳米管、氢氧化钙和水混合均匀形成悬混液，然后将该悬混液加到所述聚合物乳液中进行超声分散，完成后得B组分，备用。
(3)使用前将所述A组分和B组分混合均匀，即得水泥基材料。
进一步地，步骤(1)中，所述A组分中还包括所述助剂。
进一步地，步骤(2)中，将所述碳纳米管、氢氧化钙和水混合后搅拌5～15min，待冷却到室温即得所述悬混液。另外，也可以先将所述氢氧化钙和水混合形成氢氧化钙溶液，待冷却到室温后将所述碳纳米管加入氢氧化钙溶液中搅拌均匀，即得所述悬混液。或采用现成的氢氧化钙溶液代替所述氢氧化钙和水或者用所述氢氧化钙和水配置氢氧化钙溶液的步骤。
进一步地，步骤(2)中，所述超声功率为200～800W，时间为25～55min。
进一步地，步骤(3)中，所述B组分在使用前密封保存，以防止乳液失效。
需要说明的是，上述的步骤(1)和(2)并没有特定的顺序，即可以先制备所述A组分，再制备所述B组分，也可以先制备所述B组分，再制备所述A组分。上述的步骤(1)和(2)的排序仅为便于叙述，并不构成特定的排列顺序。
在本发明的第三方面，提供所述抗裂防冻水泥基材料在混凝土表面的应用，优选作为寒冷地区的混凝土表面涂层，优选地，所述涂层厚度为3～5mm。该水泥基材料兼具良好的强度和韧性，能够很好地克服涂覆的混凝土开裂而造成其表面防护涂层也开裂失效的问题，有助于解决低温环境下(如北方的冬季)海工混凝土结构安全性及使用寿命存在的问题。
相较于现有技术，本发明的技术方案至少具有以下方面的有益效果：
正如前文所述，涂覆在混凝土表面的防冻涂层容易因混凝土的开裂而出现开裂失效的问题，例如对海工混凝土这种在特殊环境中的材料，一旦防冻涂层开裂，海水中氯离子渗入混凝土中后引起腐蚀等一系列问题，对混凝土的安全性和寿命带来严重的不利用影响。为此，本发明首先以水泥和无机填料为基础材料作为A组分，无其具有耐久性好，抗拉强度高的特点，确保得到的水泥基材料的力学性能；然后本发明引入通过碳纳米管改性后的聚合物乳液作为B组分提高水泥基材料的韧性，从而使本发明的水泥基材料在具有良好的耐久性和拉伸强度的前提下，克服了现有混凝土抗冻涂层材料韧性不足的问题，很好地克服了涂覆的混凝土开裂而造成其表面防护涂层也开裂失效的问题。测试显示本发明的水泥基材料形成的涂层28天拉伸强度高可达5MPa以上，28天断裂伸长率达35％以上，而且结构致密，能够有效的阻挡海水中氯离子侵蚀，极大的提高混凝土的使用寿命。另外，本发明的水泥基材料具有良好的导电导热性，可通过通电加热使混凝土表层形成温升保护层，即可对混凝土进行物理抗冻。
进一步地，在本发明的前期试验中将聚合物乳液、碳纳米管和水形成的B组分加入所述A组分中后发现：碳纳米管进入出现了明显团聚的问题，依靠搅拌难以有效克服这种问题，一方面影响导致水泥基材料层的力学性能，而且在通电发热时容易因受热不均匀而导致水泥基材料层膨胀开裂。经过分析后发现这主要是由于水泥颗粒显正电性，而碳纳米管表面含有大量羧基、羟基等阴离子，碳纳米管与水泥混合后会快速被吸附在水泥颗粒表面，再加上水泥基材料本身具有高粘性的特点，进一步加大了碳纳米管均匀分散的难度。为此，本发明利用碳纳米管表面含有所述阴离子和聚合物颗粒表面含有羧基的特点，并以氢氧化钙为络合剂，在其钙离子络合作用下使所述碳纳米管表面的羧基、羟基与聚合物颗粒表面的羧基形成醋酸钙，从而将碳纳米管依靠化学微结合力捆绑在聚合物颗粒表面，降低了碳纳米管被水泥颗粒吸附导致其团聚的不利影响，改善了水泥基材料的力学性能，而且也使碳纳米管能够在乳液中长期稳定地存在，确保了分开保存的所述B组分的长期稳定性。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为本发明下列实施例5制备的水泥基材料的SEM图。
图2为本发明下列实施例6制备的水泥基材料的SEM图。
图3为本发明下列实施例7制备的水泥基材料的SEM图。
图4为本发明下列实施例8制备的水泥基材料的SEM图。
图5为本发明下列实施例5制备的水泥基材料的XRD图谱。
图6为本发明下列实施例7制备的水泥基材料的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。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。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，本发明中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
下列实施例中，所述采用的无机调料的细度(150目筛余)介于0.5～2.0％之间。所述普通硅酸盐水泥细度(200目筛余)介于0.5～2.0％之间。所述碳纳米管其细度(1250目筛余)介于0.5～2.0％之间。
实施例1
一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，包括步骤：
(1)准备以下原料：42.5普通硅酸盐水泥20重量份、硅灰28重量份、乙烯-醋酸乙烯乳液(固含量为45％)40重量份、多壁碳纳米管0.2重量份、氢氧化钙7重量份、水30重量份。
(2)将所述水泥、硅灰混合后机械搅拌10min形成A组分，备用。
(3)将所述多壁碳纳米管、氢氧化钙和水混合后机械搅拌10min，待冷却到室温即得悬混液。然后将该悬混液加到所述乙烯-醋酸乙烯乳液中超声分散30min，超声功率为400W，使所述碳纳米管均匀分散在乳液中的同时与聚合物颗粒之间反应，完成后得B组分，备用。
(4)将所述A组分和B组分加入搅拌器中，并以1200r/min的转速搅拌10分钟，即得水泥基材料。
对本实施例制备的水泥基材料的各项性能进行测试，结果如下表所示。其中：断裂伸长率、拉伸强度按照ASTM D638的标准测定，粘结强度按照GB/T 23445-2009的标准测定，电阻率按照ASTM D4496-21的标准测定，导热系数按照ISO 22007-2的标准测定，氯离子迁移系数按照GB/J82-85的标准测定。
实施例2
一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，包括步骤：
(1)准备以下原料：42.5普通硅酸盐水泥25重量份、硅灰35重量份、乙烯-醋酸乙烯乳液(固含量为40％)50重量份、多壁碳纳米管0.35重量份、氢氧化钙10重量份、水40重量份。
(2)将所述水泥、硅灰混合后机械搅拌10min形成A组分，备用。
(3)将所述多壁碳纳米管、氢氧化钙和水混合后机械搅拌15min，待冷却到室温即得悬混液。然后将该悬混液加到所述乙烯-醋酸乙烯乳液中超声分散55min，超声功率为200W，使所述碳纳米管均匀分散在乳液中的同时与聚合物颗粒之间反应，完成后得B组分，备用。
(4)将所述A组分和B组分加入搅拌器中，并以1200r/min的转速搅拌10分钟，即得水泥基材料。
对本实施例制备的水泥基材料的各项性能进行测试(测试方法同实施例1)，结果如下表所示。
实施例3
一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，包括步骤：
(1)准备以下原料：42.5普通硅酸盐水泥5重量份、超细矿粉10重量份、乙烯-醋酸乙烯乳液(固含量为60％)20重量份、多壁碳纳米管0.05重量份、氢氧化钙10重量份、水10重量份。
(2)将所述水泥、超细矿粉混合后机械搅拌10min形成A组分，备用。
(3)将所述多壁碳纳米管、氢氧化钙和水混合后机械搅拌5min，待冷却到室温即得悬混液。然后将该悬混液加到所述乙烯-醋酸乙烯乳液中超声分散25min，超声功率为800W，使所述碳纳米管均匀分散在乳液中的同时与聚合物颗粒之间反应，完成后得B组分，备用。
(4)将所述A组分和B组分加入搅拌器中，并以1200r/min的转速搅拌5分钟，即得水泥基材料。
对本实施例制备的水泥基材料的各项性能进行测试(测试方法同实施例1)，结果如下表所示。
实施例4
一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，包括步骤：
(1)准备以下原料：42.5普通硅酸盐水泥14重量份、粉煤灰18重量份、乙烯-醋酸乙烯乳液(固含量为55％)31重量份、单壁碳纳米管0.1重量份、氢氧化钙5重量份、水27重量份、磷酸三丁酯消泡剂0.42重量份、羟丙基甲基纤维素醚0.39重量份、聚羧酸减水剂0.12重量份、亚硝酸钙早强剂0.2重量份、200目石英粉0.06重量份。
(2)将所述水泥、粉煤灰、消泡剂、羟丙基甲基纤维素醚、减水剂、早强剂、分散剂混合后机械搅拌10min形成A组分，备用。
(3)将所述单臂碳纳米管、氢氧化钙和水混合后机械搅拌10min，待冷却到室温即得悬混液。然后将该悬混液加到所述乙烯-醋酸乙烯乳液中超声分散30min，超声功率为400W，使所述碳纳米管均匀分散在乳液中的同时与聚合物颗粒之间反应，完成后得B组分，备用。
(4)将所述A组分和B组分加入搅拌器中，并以1200r/min的转速搅拌5分钟，即得水泥基材料。
对本实施例制备的水泥基材料的各项性能进行测试(测试方法同实施例1)，结果如下表所示。
实施例5
一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，包括步骤：
(1)准备以下原料：42.5普通硅酸盐水泥22重量份、二氧化硅粉30重量份、乙烯-醋酸乙烯乳液(固含量为42％)46重量份、单壁碳纳米管0.2重量份、氢氧化钙8重量份、水34重量份、聚醚消泡剂0.56重量份、聚乙烯吡咯烷酮0.52重量份、聚羧酸减水剂0.16重量份、三乙醇胺钙早强剂0.27重量份、三聚磷酸钠0.08重量份。
(2)将所述水泥、二氧化硅粉、消泡剂、聚乙烯吡咯烷酮、减水剂、早强剂、分散剂混合后机械搅拌10min形成A组分，备用。
(3)将所述单壁碳纳米管、氢氧化钙和水混合后机械搅拌10min，待冷却到室温即得悬混液。然后将该悬混液加到所述聚丙烯酸酯乳液中超声分散35min，超声功率为450W，使所述碳纳米管均匀分散在乳液中的同时与聚合物颗粒之间反应，完成后得B组分，备用。
(4)将所述A组分和B组分加入搅拌器中，并以1200r/min的转速搅拌10分钟，即得水泥基材料。
对本实施例制备的水泥基材料的各项性能进行测试(测试方法同实施例1)，结果如下表所示。
实施例6
一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，包括步骤：
(1)准备以下原料：42.5普通硅酸盐水泥20重量份、硅灰28重量份、乙烯-醋酸乙烯乳液(固含量为45％)40重量份、多壁碳纳米管0.2重量份、水30重量份。
(2)将所述水泥、硅灰混合后机械搅拌10min形成A组分，备用。
(3)将所述多壁碳纳米管和水混合后机械搅拌10min得到悬混液。然后将该悬混液加到所述乙烯-醋酸乙烯乳液中超声分散20min，超声功率为400W，使所述碳纳米管均匀分散在乳液中的同时与聚合物颗粒之间反应，完成后得B组分，备用。
(4)将所述A组分和B组分加入搅拌器中，并以1200r/min的转速搅拌10分钟，即得水泥基材料。
对本实施例制备的水泥基材料的各项性能进行测试(测试方法同实施例1)，结果如下表所示。
实施例7
一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，包括步骤：
(1)准备以下原料：42.5普通硅酸盐水泥25重量份、硅灰35重量份、乙烯-醋酸乙烯乳液(固含量为40％)50重量份、多壁碳纳米管0.35重量份、氢氧化钠10重量份、水40重量份。
(2)将所述水泥、硅灰混合后机械搅拌10min形成A组分，备用。
(3)将所述多壁碳纳米管、氢氧化钠和水混合后机械搅拌15min，待冷却到室温即得悬混液。然后将该悬混液加到所述乙烯-醋酸乙烯乳液中超声分散25min，超声功率为200W，使所述碳纳米管均匀分散在乳液中的同时与聚合物颗粒之间反应，完成后得B组分，备用。
(4)将所述A组分和B组分加入搅拌器中，并以1200r/min的转速搅拌10分钟，即得水泥基材料。
对本实施例制备的水泥基材料的各项性能进行测试(测试方法同实施例1)，结果如下表所示。
实施例8
一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，包括步骤：
(1)准备以下原料：42.5普通硅酸盐水泥5重量份、超细矿粉10重量份、乙烯-醋酸乙烯乳液(固含量为60％)20重量份、多壁碳纳米管0.05重量份、氢氧化钙10重量份、水10重量份。
(2)将所述水泥、超细矿粉、多壁碳纳米管混合后机械搅拌10min形成A组分，备用。
(3)将所述氢氧化钙和水混合后机械搅拌5min，待冷却到室温即得悬混液。然后将该悬混液加到所述乙烯-醋酸乙烯乳液中超声分散25min，超声功率为200W，使所述碳纳米管均匀分散在乳液中的同时与聚合物颗粒之间反应，完成后得B组分，备用。
(4)将所述A组分和B组分加入搅拌器中，并以1200r/min的转速搅拌5分钟，即得水泥基材料。
对本实施例制备的水泥基材料的各项性能进行测试(测试方法同实施例1)，结果如下表所示。
实施例9
一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，包括步骤：
(1)准备以下原料：42.5普通硅酸盐水泥14重量份、粉煤灰18重量份、乙烯-醋酸乙烯乳液(固含量为55％)31重量份、单臂碳纳米管0.1重量份、氢氧化钙5重量份、水27重量份、磷酸三丁酯消泡剂0.42重量份、羟丙基甲基纤维素醚0.39重量份、聚羧酸减水剂0.12重量份、亚硝酸钙早强剂0.2重量份、200目石英粉0.06重量份。
(2)将本实施例步骤(1)中的上述各原料加到搅拌器中，并以1200r/min的转速搅拌5分钟，即得水泥基材料。
对本实施例制备的水泥基材料的各项性能进行测试(测试方法同实施例1)，结果如下表所示。
另外，图1为上述实施例5制备的水泥基材料的SEM图，可以看出：乳液固化成膜后与碳纳米管紧密结合，且分散均匀，形成了交联互锁的网状导电导热结构。
图2为上述实施例6制备的水泥基材料的SEM图，可以看出：在制备B组分时，若不添加氢氧化钙，由于没有钙离子将碳纳米管与聚合物膜络合在一起，导致大量碳纳米管团聚，并且裸露在聚合物膜表面，未能形成交联互锁的网状导电导热结构。
图3为上述实施例7制备的水泥基材料的SEM图，可以看出：在制备B组分时，若采用氢氧化钠替换氢氧化钙，由于钠离子无法将碳纳米管与聚合物膜络合在一起形成与实施例6类似的团聚结构，无法实现水泥基材料均匀的导电导热特性，并且由于碳纳米管团聚而降低了水泥基材料的断裂伸长率。
图4为上述实施例8制备的水泥基材料的SEM图，可以看出：在制备B组分时，如果不预先将碳纳米管超声预分散在乳液中，而是直接添加到A组分中，会由于未提前将碳纳米管和乳液粒子络合，导致碳纳米管严重团聚，严重影响水泥基材料的断裂伸长率以及材料的导电导热特性。
图5为上述实施例5制备的水泥基材料的XRD图谱，可以看出：醋酸钙(C4H6CaO4)特征峰的出现证明了该物质的形成，再结合图1所示的SEM图和测试数据可知，在氢氧化钙中钙离子的络合作用下使所述碳纳米管表面的羧基、羟基与聚合物颗粒表面的羧基形成醋酸钙，从而将碳纳米管依靠化学微结合力捆绑在聚合物颗粒表面。
图6为上述实施例7制备的水泥基材料的XRD图谱，可以看出：未出现醋酸钙或醋酸钠特征峰，结合图3和测试数据可知氢氧化钠无法充当碳纳米管与聚合物膜的络合剂，进而形成了与实施例6类似的团聚结构，无法实现水泥基材料均匀的导电导热特性，并且会由于碳纳米管团聚而降低水泥基材料的断裂伸长率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗裂防冻水泥基材料，其特征在于，该水泥基材料包括使用前分开存储的A组分和B组分；其中：
所述A组分包括：水泥5.0～25.0重量份、无机填料10.0～35.0重量份；
所述B组分包括：聚合物乳液20.0～50.0重量份、碳纳米管0.05～0.35份、水10.0～40.0重量份，且所述碳纳米管主要以通过醋酸钙而连接在聚合物颗粒上的形式存在。
2.根据权利要求1所述的抗裂防冻水泥基材料，其特征在于，所述B组分的原料组成包括如下组分：聚合物乳液20.0～50.0重量份、碳纳米管0.05～0.35重量份、氢氧化钙5.0～20.0重量份、水10.0～40.0重量份；
可选地，所述聚合物乳液包括醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、聚丙烯酸酯乳液中的任意一种；
可选地，所述聚合物乳液的固含量为40～60％；
可选地，所述水泥包括普通硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥中的任一种。
3.根据权利要求1所述的抗裂防冻水泥基材料，其特征在于，所述无机填料包括硅灰、粉煤灰、超细矿粉、二氧化硅粉、滑石粉、云母粉、碳酸钙粉中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的抗裂防冻水泥基材料，其特征在于，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管等中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的抗裂防冻水泥基材料，其特征在于，所述水泥基材料的原料组成中还包括：消泡剂0.42～0.56重量份、增稠剂0.39～0.52重量份、减水剂0.12～0.16重量份、早强剂0.20～0.27重量份、分散剂0.06～0.08重量份中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的抗裂防冻水泥基材料，其特征在于，所述消泡剂包括：炔二醇、聚醚、磷酸三丁酯中的任意一种；
可选地，所述增稠剂包括：羟丙基甲基纤维素醚、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种；
可选地，所述减水剂包括：聚羧酸系减水剂、脂肪族减水剂中的任意一种；
可选地，所述早强剂包括：亚硝酸盐、三乙醇胺、尿素中的任意一种；
可选地，所述分散剂包括超细石英粉、三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的任意一种。
7.一种抗裂防冻水泥基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将权利要求1-4任一项所述的裂防冻水泥基材料中的所述水泥、无机填料混合均匀形成A组分，备用；
将权利要求1-4任一项所述的裂防冻水泥基材料中的所述碳纳米管、氢氧化钙和水混合均匀形成悬混液，然后将该悬混液加到所述聚合物乳液中进行超声分散，完成后得B组分，备用；
使用前，将所述A组分和B组分混合均匀，即得水泥基材料。
8.根据权利要求7所述的抗裂防冻水泥基材料的制备方法，其特征在于，将所述碳纳米管、氢氧化钙和水混合后搅拌5～15min，待冷却到室温即得所述悬混液；或者先将所述氢氧化钙和水混合形成氢氧化钙溶液，待冷却到室温后将所述碳纳米管加入氢氧化钙溶液中搅拌均匀，即得所述悬混液；或者采用现成的氢氧化钙溶液代替所述氢氧化钙和水。
9.根据权利要求7所述的抗裂防冻水泥基材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述A组分中还包括权利要求5或6所述的抗裂防冻水泥基材料中的助剂；
步骤(2)中，所述超声功率为200～800W，时间为25～55min；
优选地，步骤(3)中，所述B组分在使用前密封保存。
10.权利要求7～9任一项所述的制备方法得到的所述水泥基材料在混凝土表面的应用，优选作为寒冷地区的混凝土表面涂层，优选地，所述涂层厚度为3～5mm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117401944A (zh) * 2023-11-06 2024-01-16 广州航海学院 一种水泥基智能材料及制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050006623A1 (en) * 2003-07-07 2005-01-13 Wong Stanislaus S. Carbon nanotube adducts and methods of making the same
KR20050011867A (ko) * 2003-07-24 2005-01-31 삼성전자주식회사 탄소나노튜브 및 금속나노입자를 이용한 도전성 필름형성방법
CN101239801A (zh) * 2008-03-14 2008-08-13 哈尔滨工业大学 碳纳米管/水泥自增强阻尼复合材料的制备及阻尼比测试方法
CN104177029A (zh) * 2014-08-25 2014-12-03 福建巨岸建设工程有限公司 无机材料/聚合物复合高韧性混凝土及其制备方法
CN104844076A (zh) * 2014-10-14 2015-08-19 江苏苏博特新材料股份有限公司 一种用于核电工程的聚合物水泥基复合防护材料及其制备方法
CN105177745A (zh) * 2015-08-31 2015-12-23 贵州省纤维检验局 一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料及其制备方法
CN106565179A (zh) * 2016-11-14 2017-04-19 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种基于纳米硅酸盐粒子和碳纳米管的聚合物改性水泥
CN109754907A (zh) * 2018-12-21 2019-05-14 昆明理工大学 一种碳纳米管聚合物复合导电材料及其制备方法
CN110982315A (zh) * 2019-12-26 2020-04-10 安徽瑞和新材料有限公司 一种适用于高寒地区水工混凝土表面防护剂及其制备方法
CN114804761A (zh) * 2022-04-11 2022-07-29 大连理工大学 一种高黏结强度超疏水混凝土涂层及其制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050006623A1 (en) * 2003-07-07 2005-01-13 Wong Stanislaus S. Carbon nanotube adducts and methods of making the same
KR20050011867A (ko) * 2003-07-24 2005-01-31 삼성전자주식회사 탄소나노튜브 및 금속나노입자를 이용한 도전성 필름형성방법
CN101239801A (zh) * 2008-03-14 2008-08-13 哈尔滨工业大学 碳纳米管/水泥自增强阻尼复合材料的制备及阻尼比测试方法
CN104177029A (zh) * 2014-08-25 2014-12-03 福建巨岸建设工程有限公司 无机材料/聚合物复合高韧性混凝土及其制备方法
CN104844076A (zh) * 2014-10-14 2015-08-19 江苏苏博特新材料股份有限公司 一种用于核电工程的聚合物水泥基复合防护材料及其制备方法
CN105177745A (zh) * 2015-08-31 2015-12-23 贵州省纤维检验局 一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料及其制备方法
CN106565179A (zh) * 2016-11-14 2017-04-19 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种基于纳米硅酸盐粒子和碳纳米管的聚合物改性水泥
CN109754907A (zh) * 2018-12-21 2019-05-14 昆明理工大学 一种碳纳米管聚合物复合导电材料及其制备方法
CN110982315A (zh) * 2019-12-26 2020-04-10 安徽瑞和新材料有限公司 一种适用于高寒地区水工混凝土表面防护剂及其制备方法
CN114804761A (zh) * 2022-04-11 2022-07-29 大连理工大学 一种高黏结强度超疏水混凝土涂层及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117401944A (zh) * 2023-11-06 2024-01-16 广州航海学院 一种水泥基智能材料及制备方法

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