[发明专利]一种高强度耐腐蚀碳纳米管改性混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度耐腐蚀碳纳米管改性混凝土及其制备方法，该混凝土的原料包括二氧化硅包裹碳纳米管复合材料，该复合材料由以下方法制备得到：(1)将碳纳米管粉末加入到去离子水中，超声分散处理，制备得到碳纳米管水分散液；(2)将碳纳米管水分散液和硅溶胶溶液混合，超声处理，保持碳纳米管的分散稳定，得悬浮液；(3)真空负压干燥处理，得固体产物；(4)对固体产物进行球磨处理，即得。本发明制备二氧化硅包裹碳纳米管复合材料的工艺简单、碳纳米管的分散稳定性好，在混凝土中加入少量的二氧化硅包裹碳纳米管复合材料即可使混凝土的强度高、耐腐蚀性强。

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种高强度耐腐蚀碳纳米管改性混凝土及其制备方法。

背景技术

碳纳米管是一种纤维状纳米材料，具有密度小、长径比大、力学性能卓越等优点，能在纳米尺度上对水泥基材料进行改性，从而提高其强度、耐久性等。碳纳米管长径比大、表面能高，因此自然状态下往往聚集成团、难以独立分散，如何将碳纳米管在水泥基材料内均匀的分散是制备高强水泥基材料时首先要解决的问题。

当前一般是先采取超声分散和表面活性剂相结合的方法制备碳纳米管水分散液，再按设计配比将碳纳米管水分散液加入到水泥基胶凝材料中，难以工业化；另外，水泥基材料的固结硬化需要一定的时间，在此期间，处于碱性水泥浆液中的碳纳米管容易再次发生团聚，从而降低分散稳定性，不利于纳米材料对水泥基材料的改性。因此，为了保证碳纳米管的分散稳定性并实现碳纳米管改性水泥基材料的工业化生产，需要进一步开发新型的改性碳纳米管。

申请号为201910514387.5的国内专利公开了一种具有核壳结构的纳米二氧化硅-碳纳米管复合材料、含有该材料的水泥及制备方法。该发明利用纳米二氧化硅、碳纳米管与三氟丙基三甲基硅氧烷制备出弹性纳米二氧化硅-碳纳米管核壳结构；利用该结构加入到现有水泥材料中制备高性能水泥基复合材料。主要机理为：活化后的纳米二氧化硅可以促进三氟丙基三甲基硅氧烷水解并与其发生缩合反应，进而在碳纳米管表面均匀附着形成纳米二氧化硅-碳纳米管核壳结构，形状为长3-12um、直径2-10um左右的不规则椭球体。含有活化纳米二氧化硅-碳纳米管核壳结构的水泥基复合材料表现出更高的力学强度、介电常数和接触角、更好的耐久性、耐腐蚀性以及更低的电阻率；化学表征揭示了该核壳结构的形貌、成核方式及其对水泥水化结构以及水化产物的影响机理。

但是通过上述方法制备混凝土材料时，需要加入大量的具有核壳结构的纳米二氧化硅-碳纳米管复合材料，造成生产成本的显著增加。而上述发明制备的混凝土材料为纯水泥混凝土，纯水泥混凝土在实际应用中具有一定的局限性。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种高强度耐腐蚀碳纳米管改性混凝土及其制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高强度耐腐蚀碳纳米管改性混凝土，所述混凝土的原料包括二氧化硅包裹碳纳米管复合材料；

所述二氧化硅包裹碳纳米管复合材料由以下方法制备得到：

(1)将碳纳米管粉末加入到去离子水中，然后置于超声振荡器中，超声分散处理，制备得到碳纳米管水分散液；

(2)将碳纳米管水分散液和硅溶胶溶液混合，然后在同样频率下超声处理，保持碳纳米管的分散稳定，得悬浮液；

(3)对上述悬浮液进行真空负压干燥处理，得固体产物；

(4)利用行星式球磨机对干燥后的固体产物进行球磨处理，最终得到颗粒状的二氧化硅包裹碳纳米管复合材料。

步骤(1)中，超声分散处理的频率为15-30kHz，超声分散时间为20-30min；步骤(2)中，超声分散时间为5-8min。