[发明专利]一种高抗冲击性的表面官能团处理碳纳米管改性活性粉末混凝土

说明书

本发明公开了一种高抗冲击性的表面官能团处理碳纳米管改性活性粉末混凝土，其特征在于，所述高抗冲击性的表面官能团处理碳纳米管改性活性粉末混凝土的原材料包括水泥、官能团化多壁碳纳米管、硅灰、粉煤灰、砂、减水剂和水；所述官能团化多壁碳纳米管为羧基化多壁碳纳米管或羟基化多壁碳纳米管。官能团化多壁碳纳米管可以显著增强活性粉末混凝土的动态抗压强度、动态峰值应变及冲击韧度。在200‑800/s的应变率范围，0.25％‑0.5％的多壁碳纳米管掺量下，混凝土的动态抗压强度可提高71.3％，动态峰值应变可提高101.1％，冲击韧度可提高100.8％。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种高抗冲击性的表面官能团处理碳纳米管改性活性粉末混凝土。

背景技术

活性粉末混凝土是一种新型的超高性能混凝土，以其高强度、高耐久性而闻名，并已逐渐应用于桥梁、高层建筑和核工业等领域中。然而，活性粉末混凝土本身的细骨料-基体界面特点使其不可避免地暴露出更多的混凝土薄弱区，在一定程度上降低了其材料结构的整体性能。此外，活性粉末混凝土过高的密实度往往导致其脆性损伤的加剧。更为重要的是，在高应变率动态冲击荷载下，混凝土的压缩时间变短，有效受力面积减小，混凝土材脆性破坏将进一步加剧，严重影响混凝土结构的安全。

工程上常在混凝土中掺入非连续短纤维或连续长纤维，通过阻碍裂纹的传播路径，增加材料的能量吸收，以此来改善混凝土材料的韧性，继而降低混凝土材料的脆性损伤。但该方法不仅会在混凝土材料内部产生新孔洞，同时纤维与及基体间的弱界面粘结也会诱导界面形成应力集中点，引发材料破坏。事实上，水泥基复合材料微观-宏观行为的变化是从纳米尺度开始影响的。因此，减少纳米级裂纹的形成，防止其发展为微米级裂纹，从而避免宏观裂纹的扩展具有重要意义。近年来，研究人员尝试对混凝土进行纳米粒子改性，减少混凝土基体初始缺陷，并且在纳米尺度上调控水化产物形貌，改善复合材料的微观结构。但纳米粒子的高价格及高掺量(水泥质量的1％-10％)削弱了其在实际工程中的应用前景。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种高抗冲击性的表面官能团处理碳纳米管改性活性粉末混凝土。多壁碳纳米管由于其优异的力学(强度高、变形大等)及热学性能(高导热率)，被认为是混凝土复合材料中完美替代传统纤维的纳米级填料。相比于零维纳米粒子，一维碳纳米管与水泥基材料间具有良好的相容性，其在保证纳米粒子填充效应及成核效应的同时，碳纳米管本身的高长径比及高表面能使其兼具独特的纤维桥接效应。但相比于传统实心纤维，碳纳米管的中空结构则使其在相同掺量下具有显著增多的纳米管数量。事实上，碳纳米管良好的化学稳定性及更低的密度(相比于纳米粒子)使其在较小的掺量下就能在基体材料中形成广泛的空间分布，继而形成空间网络，显著改善复合材料的能量吸收能力，增加冲击过程中应力波的耗散。而碳纳米管独特的中空管状结构也可以在水化早期贮存自由水并于后期释放，促进水泥基材料的二次水化反应。更为重要的是，通过官能团化处理可以改善多壁碳纳米管的浸润性和亲水性，有利于提高多壁碳纳米管在混凝土基体中的分散；此外羧基处理可以增加多壁碳纳米管的表面活化点，通过化学反应加强多壁碳纳米管与混凝土基体间的界面粘结，从而提高多壁碳纳米管的复合效率和效果，进而改善混凝土材料的整体性能。本发明采用的技术手段如下：

一种高抗冲击性的表面官能团处理碳纳米管改性活性粉末混凝土，所述高抗冲击性的表面官能团处理碳纳米管改性活性粉末混凝土的原材料包括水泥、官能团化多壁碳纳米管、硅灰、粉煤灰、砂、减水剂和水；

所述官能团化多壁碳纳米管为羧基化多壁碳纳米管或羟基化多壁碳纳米管。

所述高抗冲击性的表面官能团处理碳纳米管改性活性粉末混凝土的原材料包括以下重量份物质：水泥0.796-1份、官能团化多壁碳纳米管0.0025-0.005份、硅灰0.25-0.313份、粉煤灰0.2-0.25份、砂1.1-1.375份、减水剂0.015-0.03份和水0.3-0.375份。