[发明专利]一种改性碳纳米管混凝土及其制备方法

说明书

本发明涉及一种改性碳纳米管混凝土及其制备方法。结合碳纳米管混凝土材料的国际前沿研究理念，提出对碳纳米管进行等离子体表面处理，在不损伤碳纳米管表面结构的基础上提高其表面亲水性，同时改善其在水泥基材料中的分散性，并且研究不同掺量的等离子体改性碳纳米管(P‑CNT)对混凝土的力学性能影响，从而得出一种性能优异的改性碳纳米管混凝土及其制备方法。

技术领域

本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种改性碳纳米管混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土一般是由胶凝材料、粗、细骨料、水及其他材料，按适当比例配制并硬化而成的具有所需的形体、强度和耐久性的人造石材。混凝土是当今世界上用量最大的人造材料，但是混凝土存在自重大、比强度小、抗拉强度低，变形能力差和易开裂等缺点。并且，选用混凝土材料的不确定性、设计混凝土结构的多样性以及混凝土施工及现场养护的复杂性等，较易引起混凝土裂缝的产生,从而影响整个建筑结构的强度。为此，进入21世纪以来，混凝土的技术性能也在快速地发展，众多研究学者考虑在混凝土中掺入纤维材料来改善混凝土的性能。其中，纳米纤维材料具备众多优越性能，越来越被研究人员所关注。

1991年日本电镜专家Iijima报道发现碳纳米管(CNT)纤维这一开创性的成果，激起了材料学界、物理化学界甚至军界商界的强烈兴趣。试验表明：碳纳米管的抗拉强度超过50GPa，超过钢的100倍，而密度只有钢的1/6，具备优越的物理性能，并且碳纳米管的延伸率可达到20％，长径比可达到500～1000，可作为复合材料理想的增强体。碳纳米管的发现无疑是为人们在改善混凝土材料性能上提供了一种更有效的方法，其优良性能对研究碳纳米管材料在混凝土复合材料中的应用给予强有力的理论技术支持.

但是碳纳米管表面结构呈现惰性，其自身具有较高的化学稳定性，与其他溶剂的相互作用较弱，表面缺陷少，缺乏活性基团，所以难溶于水及各种溶剂，同时颗粒之间有较强的范德华力，使其极易形成团聚或缠绕，很容易产生集聚。碳纳米管在基体中的分散性差或与基体的粘结力较差，导致复合材料的性能与预期相去甚远。要发挥碳纳米管优异性能使其广泛应用，如何均匀稳定地分散碳纳米管是亟需解决的关键性问题。

发明内容

基于上述现有技术的缺陷，本发明结合碳纳米管混凝土材料的国际前沿研究理念，提出对碳纳米管进行等离子体表面处理，在不损伤碳纳米管表面结构的基础上提高其表面亲水性，同时改善其在水泥基材料中的分散性，并且研究不同掺量的等离子体改性碳纳米管(P-CNT)对混凝土的力学性能影响，从而得出一种性能优异的改性碳纳米管混凝土及其制备方法。本发明采用如下的技术方案：

一种改性碳纳米管混凝土，其特征在于，包含水泥、黄沙、石子、水、改性碳纳米管，所述黄沙细度模数为2，粒径级别在2mm左右；所述混凝土的水灰比为0.35～0.45，所述混凝土的沙率为0.3～0.4；所述混凝土还包括0.1％～0.5％的改性碳纳米管，所述碳纳米管的管径为50-90纳米，所述碳纳米管的长度为5-10微米。

进一步地，所述改性碳纳米管为等离子体处理的碳纳米管。

进一步地，所述改性碳纳米管经过等离子体处理后，在其表面嫁接了亲水基团。

进一步地，所述改性碳纳米管的制备过程如下：取管径为50-90纳米、长度为5-10微米的碳纳米管，在低温下，经过氧等离子体对上述碳纳米管进行表面处理，得到可迅速分散于水中的改性碳纳米管。

进一步地，所述等离子体处理的碳纳米管的含量为0.1％～0.5％，优选为0.2％～0.4％。

一种改性碳纳米管混凝土的制备方法，包含如下制备步骤：

1)先将一定比例的砂石和水泥倒入拌合桶中，搅拌混合均匀；

2)加入所需加水量的一半，并按比例加入改性碳纳米管，搅拌混合均匀；