[发明专利]碳纳米管纤维水泥基材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增韧水泥基材料及其制备方法。

背景技术

现代社会高速发展，水泥材料的脆断性、低韧性已不能满足诸如地震、风灾、坝体内部温度应力等复杂应力作用等特殊场合对材料性能的要求。许多学者尝试在其基体中引入一些高强度、高模量的纤维或微粉，如钢纤维、聚合物纤维、碳纤维、微纳米的二氧化硅等，以增强其相应的抗弯、抗断裂韧性。但增韧效果仍然不太显著，相应制备的碳纤维水泥基复合材料的断裂能不到50N·m，断裂韧度也不到0.75MPa/m^-1/2。

发明内容

本发明的目的解决了现有纤维增韧水泥基材料抗弯、抗断裂强度偏低，韧性不高的问题，提供了一种碳纳米管纤维水泥基材料及其制备方法。

本发明碳纳米管纤维水泥基材料由纤维分散剂、有机溶剂、碳纤维、碳纳米管、去离子水、超塑化剂、聚合物乳液、矿物掺合料和水泥制成的，其中碳纳米管与纤维分散剂的质量比为1∶0.5～15，碳纤维与纤维分散剂的质量比为1∶0.1～10，碳纳米管与碳纤维的质量比为1∶0.5～15，去离子水与水泥的质量比为0.30～0.80∶1，超塑化剂与水泥的质量比为0.005～0.015∶1，聚合物乳液与水泥的质量比为0.05～0.20∶1，矿物掺合料与水泥的质量比为0.05～0.15∶1。

本发明碳纳米管纤维水泥基材料中的纤维分散剂是阳离子型分散剂、阴离子型分散剂、非离子型分散剂中的一种，或者是非离子型分散剂与阳离子型分散剂、阴离子型分散剂中一种的组合；阳离子型分散剂为十六烷基三甲基溴化铵；非离子型分散剂为甲基纤维素、羧乙基纤维素、壬基酚聚氧乙烯醚、阿拉伯胶中的一种或几种的组合，阴离子型为十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠中的一种或几种的组合；有机溶剂为无水乙醇、丙酮、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、氯仿、乙酸乙酯或十氢萘。碳纳米管是平均管径为1nm～200nm、长度为0.1μm～20μm的碳纳米管；碳纤维是公称直径为2～7μm，长度为1～6mm的短切聚丙烯腈基碳纤维；超塑化剂为β-萘系磺酸盐甲醛缩合物系高效减水剂、磺化三聚氰胺甲醛树脂系高效减水剂、羧酸聚醚酯嵌段共聚物系高效减水剂中的一种或几种的混合。聚合物乳液为羧基丁苯乳液、聚醋酸乙烯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液中的一种；矿物掺合料为硅灰、粉煤灰、沸石粉、石英粉中的一种或几种的混合。

本发明碳纳米管纤维水泥基材料的制备方法如下：一、将纤维分散剂溶于有机溶剂中配制成质量浓度为0.1％～10％溶液，然后将碳纳米管加入到溶液中，磁力搅拌10～60min、超声分散10～60min，再将碳纤维加入超声处理后的溶液中，然后超声分散10～60min，得到纤维分散液；二、将去离子水、超塑化剂、聚合物乳液、矿物掺合料和水泥混合搅拌，得到水泥混合浆料；三、将步骤一得到的纤维分散液加入水泥混合浆料中搅拌3～5min，得纤维水泥初步混合浆料；四、将初步混合浆料喂入高剪切胶体磨中高速剪切5～30min，再将搅匀的浆料装入试模中振实、抹平；五、在试模最上面覆盖一层10～30目的铜网，移至真空干燥箱中在真空度为-0.01MPa～-0.08MPa、加热温度为30～80℃的条件下减压消泡，加热挥发溶剂0.5～3h，24h后拆模，再放到相对湿度为100％的室温水中养护28d，即得碳纳米管纤维水泥基材料；其中步骤一中碳纳米管与纤维分散剂的质量比为1∶0.5～15，碳纤维与纤维分散剂的质量比为1∶0.1～10，碳纳米管与碳纤维的质量比为1∶0.5～15；步骤二中去离子水与水泥的质量比为0.30～0.80∶1，超塑化剂与水泥的质量比为0.005～0.015∶1，聚合物乳液与水泥的质量比为0.05～0.20∶1，矿物掺合料与水泥的质量比为0.05～0.15∶1，步骤三中纤维分散液中的碳纳米管和碳纤维的总质量与水泥混合浆料中水泥的质量比为1∶20～200。