[发明专利]一种碳纳米管改性混凝土及其制备方法和应用

说明书

本公开涉及一种碳纳米管改性混凝土及其制备方法和应用，所述碳纳米管改性混凝土的组成原料由水泥、细骨料、粗骨料、减水剂、水和碳纳米管组成，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述细骨料为细度模数为2.8的河砂。本公开的碳纳米管能够改善混凝土材料典型的脆性特征，最后得到的碳纳米管改性混凝土具有优异的抗冲击性能，较高的韧性和抗变形能力，一定程度上可解决混凝土结构在冲击加载条件下暴露出的严重的安全性问题，可有效提高易遭受冲击荷载作用的工程结构的服役寿命。

技术领域

本公开涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种碳纳米管改性混凝土及其制备方法和应用。

背景技术

在混凝土中加入纳米材料，制造纳米混凝土已经被确定并实践为一种提高混凝土抗拉强度、抗弯强度和延性的解决方案。具有纳米特异效应和物理力学性能的纳米材料可在混凝土的不同层次和受力阶段内充分发挥增强效果，显著改善混凝土韧性和抗冲击性能。

其中，纳米二氧化硅、纳米碳酸钙是最常见的纳米材料类型。纳米二氧化硅表面活性较高，纳米碳酸钙可提高混凝土的和易性，将其掺入混凝土中可改善混凝土的力学性能和耐久性能。然而，纳米二氧化硅、纳米碳酸钙容易团聚从而降低对混凝土的增强效果，混凝土后期的强度下降也是一个弊端，因此当其应用于混凝土结构时会严重降低混凝土结构的耐久性。

因此，想要提供一种纳米材料增强混凝土，能够改善混凝土的强度、抗冲击性等。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种碳纳米管改性混凝土及其制备方法和应用。

第一方面，本公开提供了一种碳纳米管改性混凝土，所述碳纳米管改性混凝土的组成原料由水泥、细骨料、粗骨料、减水剂、水和碳纳米管组成，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述细骨料为细度模数为2.8的河砂。

本公开通过在混凝土中掺加多壁碳纳米管可以优化混凝土的性能；由于纳米尺寸效应，碳纳米管可填充水泥基体中的部分凝胶孔和毛细孔，从而起到降低混凝土缺陷、提高混凝土强度的作用，提高混凝土的力学性能；同时，通过掺加矿物掺合料(细骨料)提高碳纳米管与混凝土基体的粘结强度，降低界面过渡区对混凝土性能的影响，因而使得到的碳纳米管改性混凝土具有优异的抗冲击性能。

当混凝土基体中的裂缝载荷作用下发生扩展时，嵌入混凝土基体中的碳纳米管可发挥裂缝桥联作用，限制裂缝的扩展，提高混凝土的强度，改善混凝土材料典型的脆性特征，极大地提升混凝土的抗变形能力和抗冲击性能，一定程度上可解决混凝土结构在冲击加载条件下暴露出的严重的安全性问题，有效提高遭受冲击荷载作用的工程结构的服役寿命。

作为本公开的一种优选技术方案，所述碳纳米管的添加量为所述水泥重量的0.2-0.4％，优选0.4％。

在本公开中，当碳纳米管的添加量为水泥重量的0.4％时，碳纳米管在混凝土中的分散效果最佳，增强效果最好，最后的改性混凝土具有优异的抗冲击性能。若碳纳米管的添加量较小，则增强效果较差，若碳纳米管的添加量过大，也会因为碳纳米管在混凝土中聚集，分散性较差而导致混凝土的抗冲击性能减弱。

作为本公开的一种优选技术方案，以重量份计，所述碳纳米管改性混凝土的组成原料由如下组份组成：366重量份水泥、680-685重量份细骨料、1160-1165重量份粗骨料、3-4重量份减水剂、160-163重量份水和0.7-2重量份碳纳米管。

作为本公开的一种具体实施方式，以重量份计，所述碳纳米管改性混凝土的组成原料由如下组份组成：366重量份水泥、683重量份细骨料、1162.9重量份粗骨料、3.66重量份减水剂、161重量份水和0.732重量份碳纳米管。

作为本公开的一种具体实施方式，以重量份计，所述碳纳米管改性混凝土的组成原料由如下组份组成：366重量份水泥、683重量份细骨料、1162.9重量份粗骨料、3.66重量份减水剂、161重量份水和1.464重量份碳纳米管。