[发明专利]一种抗化学侵蚀高强高韧性混凝土及其制备方法

说明书

本发明提供一种抗化学侵蚀高强高韧性混凝土及其制备方法，所述混凝土包括水泥、河砂或人工砂、减水剂、水以及复合功能材料，所述复合功能材料包括有机物的焙烧产物碳纳米管和层状双金属氢氧化物的焙烧产物；所述复合功能材料通过将用于制备层状双金属氢氧化物的二价和三价金属盐、用于制备碳纳米管的有机物和金属盐催化剂、以及碱金属氢氧化物混匀后在70～150℃的条件下晶化和在500～1000℃的条件下于惰性气氛中焙烧得到。本发明解决了碳纳米管在水泥材料中的分散问题，且解决了碳纳米管与水泥材料的相容性不好及其粘结强度低的问题。而且本发明制备得到的混凝土既能固化外界入侵的有害气体或阴离子，又能增加混凝土韧性和强度，提高混凝土耐久性。

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，属于一种具有抗化学侵蚀超高强度和高韧性的水泥基混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土工程由于耐久性不足，在服役环境下未达到设计寿命时即发生病害甚至产生严重事故的现象非常普遍，造成了巨大的经济损失。如何提高混凝土的耐久性一直受到混凝土工程界的高度重视。

混凝土耐久性的影响因素和破坏机理复杂，大多数与混凝土的抗渗性有关，主要取决于水、有害液体和有害气体向其内部传输的难易程度。在混凝土耐久性指标中，混凝土的抗碳化性能、抗氯离子渗透性能和抗硫酸盐侵蚀性能均来源于外界气体或阴离子侵入混凝土内部并在混凝土中发生迁移和化学反应引起。例如，空气中CO₂与混凝土内Ca(OH)₂在一定湿度条件下发生中性化反应，使混凝土中的钢筋因失去碱性保护而产生锈蚀破坏；外界Cl^-渗入混凝土，当溶解在混凝土孔溶液中的自由Cl^-浓度超过临界值时，将引起钢筋锈蚀破坏；外部的SO₄^2-的侵入则会引起混凝土硫酸盐破坏，等等。另一方面，混凝土上述抗化学侵蚀性能与其孔隙率和孔结构特征紧密相关，孔隙率和孔结构特征对混凝土抗渗性产生重大影响，混凝土渗透性随着开口孔隙率增大而提高，混凝土毛细孔大小与分布及其开闭形式对混凝土渗透性产生重要影响。

为了提高混凝土抗化学侵蚀性，最常用的方法是改善混凝土微观结构和提高密实度，实施技术上的“封堵”。在现有技术条件下，使用矿物掺合料提高混凝土抗渗透性能是较为有效的措施。粉煤灰、矿粉、偏高岭土等掺合料在混凝土中得到了广泛应用。这些掺合料由于具有一定火山灰活性和微骨料填充效应，可在一定程度上提高混凝土的密实度，增强其抗渗能力，但大量矿物掺合料取代硅酸盐水泥后，混凝土碱度和C-S-H凝胶钙硅比降低，反而对提高混凝土抗化学侵蚀性不利。从另一个角度讲，对于外界有害离子的入侵，大部分矿物掺合料仅仅从密实孔结构方面延缓了入侵离子在其内部的传输。因此，研究开发化学固化外界有害气体或侵蚀离子的新型功能材料势在必行。也就是说，本领域需要提供一种新的抗化学侵蚀高强高韧性混凝土及其制备方法。

发明内容

发明人发现，现有技术中存在纳米碳/水滑石阵列复合材料，其主要应用于水处理领域用于吸附废水中的金属离子，或用于电容器的电极材料。

如中国发明专利申请CN104952636A提供一种纳米碳/水滑石阵列复合材料的制备方法，属于纳米复合材料制备技术领域。利用表面活性剂处理纳米碳材料，然后原位生长水滑石阵列以制备纳米碳/水滑石阵列复合材料的方法。即用双亲性表面活性剂处理表面疏水的纳米碳材料，以使其具有较好的亲水性，然后通过共沉淀方法在纳米碳材料表面原位生长水滑石纳米阵列。该方法不会破坏纳米碳材料的结构，有利于保持纳米碳材料的优良性能；另外，该方法具有普适性，能够在多种不同纳米碳材料上原位生长水滑石阵列。

但发明人并未发现有将纳米碳/水滑石复合功能材料用于水泥中，或用于混凝土领域的现有技术存在。尤其是没有将“先原位合成水滑石，再以均匀分散的有机物原位焙烧合成碳纳米管”的纳米碳/水滑石复合功能材料用于混凝土领域的报道。