[发明专利]一种抗拉水泥复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种抗拉水泥复合材料及其制备方法。所述方法包括：将碳纳米管和碳纳米洋葱分散在溶液中形成混合液；向混合液中加入水泥并搅拌均匀形成水泥浆液；向水泥浆液中加入填料，形成水泥基复合材料，碳纳米管、碳纳米洋葱和填料的用量分别占水泥重量的0.01～3％、0.05～3％和200～350％。本发明能够提高材料的受力能力和受力后的应变距离长度，提升了混凝土材料的抗拉强度及抗裂性能；且制备工艺简单，生产方式绿色环保环境污染小。

技术领域

本发明涉及混凝土材料及其制备技术领域，具体来讲，涉及一种以碳纳米管/碳纳米洋葱作为强化剂的水泥砂浆复合材料及其制备方法。

背景技术

水泥基复合材料作为全世界用量最大的复合材料，在生产生活中得到广泛应用。但在实际工程应用中，水泥基复合材料还面临冻融、碳化、侵蚀、腐蚀、开裂等一系列问题，导致其各方面性能显著降低。为满足国家基础建设对高性能水泥复合材料的需求，开发高强度、高性能的水泥基复合材料势在必行。因此，在利用现有原材料的前提下，提升水泥基复合材料的力学性能、耐久性能等至关重要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种新型的水泥基复合材料及其制备方法。

针对上述问题，发明人经研究得出了抗拉水泥复合材料及制备方法。具体来讲，碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量和高强度。碳纳米管作为一维纳米材料，也具有许多异常的力学、电学和化学性能。纳米洋葱碳是一种以C60为核心的同心多层球面套叠结构的碳分子，其在电子显微镜下的横切面呈洋葱状，故我们形象的称它为纳米洋葱碳。纳米洋葱碳较小半径的微粒具有较大的表面曲率，所以化学反应活性更高。其在外部石墨层的包裹之下，具有较好的耐候性，较高的抗压特性等。中空结构的纳米洋葱碳具有较低的密度，较大的比表面积，稳定性能与良好的表面浸润性能。发明人发现，可基于这两种碳材料自身的优点，将其复合利用在水泥基复合材料中以获得更加优异的效果。例如碳纳米管可利用其强度高的特性改变混凝土的容易脆断性能，碳纳米洋葱可利用其在水泥中的钉扎作用提高水泥复合材料的抗拉伸性能等。

有鉴于此，本发明的一方面提供了一种抗拉水泥复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将碳纳米管和碳纳米洋葱分散在溶液中，形成混合液；向混合液中加入水泥并搅拌均匀，形成水泥浆液；向水泥浆液中加入填料，形成抗拉水泥复合材料，其中，按重量计，所述碳纳米管的用量占所述水泥的0.01％～3％，所述碳纳米洋葱的用量占所述水泥的0.05％～3％，所述填料的用量占所述水泥的200％～350％。进一步而言，所述碳纳米管的用量可占所述水泥的1.2％～2.0％，所述碳纳米洋葱的用量可占所述水泥的1.0％～2.0％；所述填料的用量可占所述水泥的250％～300％。

本发明的另一方面提供了一种抗拉水泥复合材料，所述水泥基复合材料采用如上所述的制备方法得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的一项或多项：充分利用一维碳纳米管的优异力学性能及零维碳纳米洋葱的钉扎作用，不但在混凝土中改变裂缝的生长方式，还有效阻止了裂纹在受力情况下的进一步开裂，并提高了材料的受力能力和受力后的应变距离长度，从而提升了混凝土材料的抗拉强度及抗裂性能。另外，本发明还具有制备工艺简单，生产方式绿色环保环境污染小，且可以大规模实施的优势。

附图说明

图1中的a和b分别示出了对比例1和示例3经拉伸后的样品裂纹的扫描电镜照片。

图2示出了对比例1和示例3的样品的拉伸数据曲线。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的抗拉水泥复合材料及其制备方法。

在本发明的一个示例性实施例中，抗拉水泥复合材料的制备方法可通过形成两维度碳质添加剂混合液、形成水泥浆液、以及加入填料的步骤构成。