一种碳纳米管面板混凝土配合比设计及其制备方法技术

一种碳纳米管面板混凝土的配合比设计及其制备方法，所述混凝土的原材料配合比为：水泥：170～200kg/m

Mix proportion design and preparation method of carbon nanotube panel concrete

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管面板混凝土配合比设计及其制备方法
本专利技术属于水工建筑材料制备
，具体涉及一种碳纳米管面板混凝土的配合比设计及其制备方法。
技术介绍
随着土木工程的持续发展，混凝土仍然是目前运用最为广泛的建筑材料，但因其本身存在的抗拉强度低、韧性差、抗裂性能差等缺点，严重影响混凝土结构的安全性和耐久性。我国自1985年引进面板堆石坝以来，时间虽短，但因其优势显著而发展迅速。混凝土面板堆石坝的抗震性能、坝坡稳定和渗透稳定性能良好，对地形地貌和地质条件都有较强的适应能力，并且可充分利用当地材料筑坝，投资省、施工方便、工期短。然而在面板堆石坝建设过程中，相继出现了一些问题，其中最主要的是面板混凝土的开裂。目前，我国“300m级”以上的高面板堆石坝正在不断开展建设，提高面板混凝土的抗裂性能十分重要。面板混凝土的裂缝分为结构性和非结构性裂缝两类。前者为面板因坝体变形等受外力所致。非结构性裂缝也分两种：(1)面板施工不当所致；(2)占80％的裂缝是因温度收缩、自生收缩和干缩所致，它对控制整体面板裂缝甚为重要。目前堆石坝面板混凝土的抗裂做法与经验如下：(1)充分养护；(2)采用水化热较低的水泥；(3)采用品质较好的天然砂；(4)掺加粉煤灰等低水化热的矿物掺合料。(5)开发新材料，通过试验研究择优掺加优质的抗裂外加剂，研发新型高效抗裂外加剂。碳纳米管等碳纳米材料能使混凝土的弯曲抗拉强度和杨氏模量得以大幅度提高。研究表明，碳纳米材料拌入混凝土后，能强化其宏观力学性能。碳纳米管属于一维的碳纳米材料，作为一种新兴的抗裂外加剂掺入面板混凝土，尽可能减小面板混凝土在水化硬化与工程服役过程中的收缩变形，提高混凝土材料的抗拉性能，使混凝土具有低收缩、高抗拉性能，提高面板混凝土的抗裂性和耐久性。然而，由于碳纳米管的团聚效应，过高的掺量对改善混凝土性能不利，而过低的掺量不能有效发挥其增强增韧作用，混凝土性能提升不明显。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种碳纳米管面板混凝土的配合比设计及其制备方法，从混凝土纳米微观层面解决水工混凝土材料的防裂和耐久性问题，提高混凝土全寿命周期的抗裂性。本专利技术的技术方案如下：一种碳纳米管面板混凝土的配合比设计，该混凝土原材料配合比为：水泥：170～200kg/m3；粉煤灰：57～67kg/m3；砂：702～830kg/m3；小石：495～585kg/m3；中石：605～715kg/m3；聚羧酸高性能减水剂：1.7～2.0kg/m3；碳纳米管：0.136～0.400kg/m3；引气剂：0.0080～0.0094kg/m3；水：108～128kg/m3；并且，所述碳纳米管的掺量为胶凝材料(水泥和粉煤灰)的0.06％～0.15％。进一步，本专利技术中，所述水泥为P·O42.5级，密度为3100kg/m3；所述粉煤灰为F类I级粉煤灰，密度为2100kg/m3，粉煤灰的细度：≤12.0％，粉煤灰的烧失量：≤5.0％，粉煤灰的需水量：≤95％，粉煤灰的含水率：≤1.0％；所述砂的细度模数在2.60～3.50之间，表观密度不小于2500kg/m3，砂中泥块含量为0，砂中石粉含量小于8％～11％；所述小石为粒径5～20mm的粗骨料，所述中石为粒径20～40mm的粗骨料；粗骨料的表观密度：≥2550kg/m3；粗骨料的含泥量：≤1％，泥块含量为0；粗骨料的压碎指标：≤12％；粗骨料的吸水率：≤2.5％；粗骨料的针片状颗粒含量：≤15％；优选的，粗骨料根据试验结果，采用二级配骨料小石：中石的比例为45：55，使组合堆积密度最大而空隙率最小；所述聚羧酸高性能减水剂的减水率：≥25％，掺减水剂混凝土的含气量：≤2.5％，掺减水剂混凝土的凝结时间差不大于120min；所述引气剂的减水率：≥6％；掺引气剂混凝土的含气量为4.5％～5.5％；掺引气剂混凝土的泌水率比：≤70％；所述碳纳米管的外径：＞50nm；碳纳米管的长度：＜10μm；优选的，所述碳纳米管的掺量为胶凝材料的0.06％～0.15％；制备过程中，碳纳米管以浆料的形式投料，碳纳米管水性浆料中碳纳米管含量为9-10wt％，在拌和碳纳米管混凝土时，施工配合比需要扣除碳纳米管浆料中多余的水，如实施例数据0.25/9.5％-0.25＝2.38kg/m3(需扣除的水的量)；所述水为生活用水，其pH值≥4.5，水中不溶物≤2000mg/L，水中可溶物≤5000mg/L，水中氯化物(以cl-计)：≤1200mg/L，水中硫酸盐(以SO42-计)：≤2700mg/L。本专利技术还提供了所述碳纳米管面板混凝土的制备方法，包括以下步骤：(1)按本专利技术所述混凝土配合比称取原材料；(2)将碳纳米管分散剂(TNWDIS)溶解在水中搅拌均匀，得到碳纳米管分散剂水溶液，添加碳纳米管进行搅拌，得到碳纳米管混合液，用超声分散仪超声分散该混合液(超声功率为1.2-1.8KW，持续30min)，然后进行离心分离(离心速率为2000rpm，离心时间为20～30min)，将所得的碳纳米管分散液稀释后继续进行超声波处理(5～10min)，重复离心分离步骤，最后滤除沉淀物，得到分散均匀的碳纳米管浆料；(3)将水泥、粉煤灰、砂、小石和中石放入搅拌机内，进行0.5～1min的搅拌，得到混凝土干拌物；(4)将聚羧酸高效减水剂、引气剂依次兑入水中混合均匀后，再加入碳纳米管浆料，进行充分搅拌使碳纳米管均匀分散；(5)将步骤(4)所得溶液加入到步骤(3)的干拌物中，持续湿拌2～2.5min，得到新鲜的混凝土拌合物；(6)将步骤(5)得到的拌合物注入试件的模具中，进行养护和测试。本专利技术具备的优点和有益效果是：(1)本专利技术将碳纳米管浆料这一新型材料应用在混凝土制备领域中，拓展了建筑材料的种类。将碳纳米管应用于量大面广的土木工程，开拓了碳纳米材料的工程应用领域和极具商业前景的市场。(2)本专利技术通过碳纳米管材料及其技术手段，在纳微观尺度调控混凝土的水化进程，优化其微结构，优化混凝土的各项力学性能和耐久性能。(3)本专利技术通过碳纳米管的拓扑结构和高强度，在充分分散和伸展时，起到类似纤维骨架的作用，桥接各水泥水化产物C-S-H，并在微裂缝产生时发挥桥接作用，抑制裂缝的生成与扩张，很好地增强混凝土的抗裂性能。(4)本专利技术通过混凝土的基本力学性能试验和先进的温度-应力试验验证，将碳纳米管作为外加剂掺入混凝土，可有效提升混凝土的性能。掺入碳纳米管可有效增加混凝土的极限拉伸值和降低干缩变形；开裂温度、室温应力较普通混凝土皆有较大降低，应力储备提高，有效降低混凝土的温度收缩和自收缩，从而提高混凝土的综合抗裂性能。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的目的、
技术实现思路
、特点及优势，列举以下实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种碳纳米管面板混凝土，制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管面板混凝土的配合比设计，其特征在于，该混凝土原材料配合比为：/n水泥：170～200kg/m

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管面板混凝土的配合比设计，其特征在于，该混凝土原材料配合比为：
水泥：170～200kg/m3；粉煤灰：57～67kg/m3；砂：702～830kg/m3；小石：495～585kg/m3；中石：605～715kg/m3；聚羧酸高性能减水剂：1.7～2.0kg/m3；碳纳米管：0.136～0.400kg/m3；引气剂：0.0080～0.0094kg/m3；水：108～128kg/m3；
并且，所述碳纳米管的掺量为胶凝材料的0.06％～0.15％。


2.如权利要求1所述碳纳米管面板混凝土的配合比设计，其特征在于，所述水泥为P·O42.5级，密度为3100kg/m3。


3.如权利要求1所述碳纳米管面板混凝土的配合比设计，其特征在于，所述粉煤灰为F类I级粉煤灰，密度为2100kg/m3，粉煤灰的细度：≤12.0％，粉煤灰的烧失量：≤5.0％，粉煤灰的需水量：≤95％，粉煤灰的含水率：≤1.0％。


4.如权利要求1所述碳纳米管面板混凝土的配合比设计，其特征在于，所述砂的细度模数在2.60～3.50之间，表观密度不小于2500kg/m3，砂中泥块含量为0，砂中石粉含量小于8％～11％。


5.如权利要求1所述碳纳米管面板混凝土的配合比设计，其特征在于，所述小石为粒径5～20mm的粗骨料，所述中石为粒径20～40mm的粗骨料；粗骨料的表观密度：≥2550kg/m3；粗骨料的含泥量：≤1％，泥块含量为0；粗骨料的压碎指标：≤12％；粗骨料的吸水率：≤2.5％；粗骨料的针片状颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志方，王天驰，吴旭，赵志刚，施韬，肖聪，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33