[发明专利]一种碳纳米管增强的橡胶集料水泥基材料

说明书

本发明公开一种碳纳米管增强的橡胶集料水泥基材料，将水泥基材料中15％～20％的砂替代为橡胶颗粒，并在水泥基材料中加入其质量比0.02～0.08％的碳纳米管，所述橡胶颗粒的粒径为55～65目。碳纳米管不仅起到桥接橡胶颗粒与水泥基基体的作用，还会填充纳米空隙，使得材料更为密实，桥接微裂缝，大幅提高橡胶集料砂浆的抗压与抗折强度。该材料形成的碳纳米管增强的橡胶集料砂浆28d龄期抗折强度达到6.9MPa，抗压强度达到36.7MPa，强度提高明显，有利于进一步推广使用橡胶砂浆。

技术领域

本发明属于建筑材料、土木工程领域，特别是涉及一种碳纳米管增强的橡胶集料水泥基材料。

背景技术

随着我国汽车工业的不断发展，城市交通网路日益密集，每年产生了大量的以废旧轮胎为主的固体废料，造成了严峻的环境问题，不利于可持续的发展，为此政府部门颁布了《废旧轮胎综合利用指导意见》，旨在缓解废旧橡胶产生的环境危害。使用橡胶颗粒，代替普通混凝土或砂浆中一定量的细骨料，形成的橡胶集料水泥基复合材料不仅解决了废旧轮胎二次利用难的问题，同时具有高延性高韧性以及良好的抗冲击特性与能量吸收能力的特点，弥补了传统水泥基材料容易脆性开裂的缺点。但是由于橡胶颗粒的加入，以橡胶混集料凝土为例，橡胶集料混凝土较普通混凝土的力学性能大幅度降低，因此目前这一环保材料通常作为路面材料使用，强度降低限制了橡胶集料水泥基材料的广泛应用。

碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)单向拉伸强度达到500GPa，破坏时的拉伸应变可以达到30％，弹性模量接近1TPa。在水泥基材料中引入碳纳米管，可以在纳米尺度改性水泥基材料，提高复合材料力学性能，基于以往的研究碳纳米管的加强效应主要由于：①碳纳米管呈纤维状，可以桥接水泥基体受力初期产生的微裂缝；②作为水化的结晶核促进水泥水化过程；③填充水泥基基体中纳米尺度的微空隙，使得材料更加密实。橡胶是疏水材料，碳纳米管也是疏水材料，根据疏水材料在水溶液环境下相互吸引的理论，可以预期碳纳米管会附着在橡胶颗粒的表面，强化橡胶颗粒与水泥基基体的过渡区域，因此使用碳纳米管增强橡胶集料水泥基材料合理可行，有助于扩大绿色环保橡胶集料水泥基材料的使用领域。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，针对橡胶集料砂浆抗开裂抗收缩能力好，但是力学强度低的问题，提供一种碳纳米管增强的橡胶集料水泥基材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种碳纳米管增强的橡胶集料水泥基材料，将水泥基材料中15％～20％的砂替代为橡胶颗粒，并在水泥基材料中加入其质量比0.02％～0.08％的碳纳米管，所述橡胶颗粒的粒径为55～65目。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明基于对橡胶集料砂浆破坏过程的研究，提出在纳米尺度解决橡胶集料砂浆强度较低的问题，由于碳纳米管与橡胶颗粒都是疏水材料，利用疏水材料在水溶液环境下相互吸引的原理，强化橡胶与水泥基基体的过渡区。

2.橡胶颗粒可以起到促进碳纳米管在水泥基材料中分散的作用，提高碳纳米管的增强效果。

3.碳纳米管不仅起到桥接橡胶颗粒与水泥基基体的作用，还会填充纳米空隙，使得材料更为密实，桥接微裂缝，大幅提高橡胶集料砂浆的抗压与抗折强度。

4.本发明形成的碳纳米管增强的橡胶集料砂浆28d龄期抗折强度达到6.9MPa，抗压强度达到36.7MPa，强度提高明显，有利于进一步推广使用该环保材料。

附图说明

图1是碳纳米管与橡胶颗粒的相互作用与增强机理示意图。

图2(a)、图2(b)和图2(c)分别为不同养护龄期抗折强度对比。

图3(a)、图3(b)和图3(c)分别为不同养护龄期抗压强度对比。