專利名稱：一種混凝土改性劑及混凝土的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混凝土改性劑及混凝土。
背景技術(shù)：
混凝土的發(fā)展歷史已有100多年，其已成為世界范圍內(nèi)土木工程領(lǐng)域應(yīng)用最廣、用量最大的建筑材料。一般情況下普通混凝土的電阻率高，屬于電的不良導(dǎo)體。導(dǎo)電混凝土?xí)r在普通混凝土中添加一定含量的導(dǎo)電組分材料，由膠凝材料、導(dǎo)電材料、介電骨料和水等組分，按照一定配合比混合凝結(jié)而成的新型水泥基復(fù)合材料，具有規(guī)定的電性能和一定的力學(xué)性能的新型混凝土。導(dǎo)電混凝土既有結(jié)構(gòu)材料的特點，又具有導(dǎo)電性和機敏特性，使得混凝土不僅作為一種結(jié)構(gòu)材料使用，而且在電工、工業(yè)防靜電、建筑采暖、電加熱器、電力設(shè)備接地工程以及重大土木基礎(chǔ)設(shè)施等方面具有重要作用。導(dǎo)電組分材料在混凝土中摻入，使整個混凝土基質(zhì)中出現(xiàn)相連的導(dǎo)電粒子鏈，在混凝土內(nèi)使電解質(zhì)的電路短路，借助電子的運動使之導(dǎo)電。M Sun等通過對導(dǎo)電組分實驗研究認為,在導(dǎo)電混凝土中存在三種導(dǎo)電方式:(I)離子導(dǎo)電,存在于孔溶液中Ca2+、Na、K、011_和S042_等離子運動形成；(2)電子導(dǎo)電，通過自由電子的遷移形成；(3)空穴導(dǎo)電，通過空穴的遷移形成。此三個方面的共通過作用影響混凝土的導(dǎo)電性。要獲得穩(wěn)定的導(dǎo)電性主要在于使電子能夠借助于電解質(zhì)中離子的運動或金屬與半導(dǎo)體中電子的運動而流動。目前，導(dǎo)電混凝土中常用的導(dǎo)電組分主要分為三類:聚合物類、碳類和金屬類。其中，用于配制導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電介質(zhì)一般有如下幾類:石墨、鋼渣、鋼纖維、碳質(zhì)骨料及炭黑等。但長期以來，導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電性能的獲得常常以犧牲其強度為代價。石墨具有良好的導(dǎo)電性(含碳量大于80%,其電阻率通常不大于0.5 Q cm),與銅粉、鐵粉、鋁粉等金屬粉末相比，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸堿、抗氧化性好等優(yōu)點，但石墨粉末需要摻加較高摻量才能在混凝土基體內(nèi)形成相互連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并且石墨粉末的需水量很大，需要大幅度增加混凝土拌合物的用水量，進而導(dǎo)致混凝土的強度隨著石墨粉末的摻量增加而快速下降。鋼纖維具有提高混凝土的抗拉、抗彎、抗剪等力學(xué)性能的優(yōu)點，同時作為金屬也可以發(fā)揮其導(dǎo)電功能，然而，隨著時間的延長，鋼纖維混凝土由于其的高堿性環(huán)境，金屬易產(chǎn)生鈍化膜，導(dǎo)致混凝土的電阻率明顯增大。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種混凝土改性劑及混凝土，該改性劑可同時提高混凝土的導(dǎo)電性能與機械性能。本發(fā)明提供了一種混凝土改性劑， 包括:碳納米管10 80重量份；水泥和/或水泥的主料2 7重量份；丙烯酸乳液5 10重量份。
優(yōu)選的，還包括:炭黑f 15重量份。優(yōu)選的，所述炭黑為微米級炭黑。優(yōu)選的，所述碳納米管的直徑為5(T80nm。優(yōu)選的，所述碳納米管的長度為3飛mm。優(yōu)選的，所述水泥的主料為硅酸鹽、石灰石、粉煤灰與鋁礬土中的一種或多種。優(yōu)選的，所述碳納米管為15 75重量份。優(yōu)選的，所述水泥和/或水泥的主料為2飛重量份。本發(fā)明還提供了一種混凝土，包含權(quán)利要求f 8任意一項所述的混凝土改性劑。優(yōu)選的,所述混凝土改性劑的質(zhì)量為混凝土質(zhì)量的5"l0wt%。本發(fā)明提供了一種混凝土改性劑，包括1(T80重量份的碳納米管，2 7重量份的水泥和/或水泥的主料，5 10重量份丙烯酸乳液。與現(xiàn)有技術(shù)中的石墨粉及鋼纖維改性劑相t匕，首先，本發(fā)明以碳納米管為主要電性能改性劑，添加少量即可獲得較好的電性能改善效果，且對于混凝土的機械性能、沖擊電流耐受性能等影響較?。黄浯?，丙烯酸乳液經(jīng)反應(yīng)后可逐漸生成丙烯酸樹脂，可填充混凝土內(nèi)部的間隙，提高其抗?jié)B性，同時丙烯酸樹脂本身具備的高韌性賦予導(dǎo)電混凝土較強的耐機械力性能；再次，改性劑中添加水泥和/或水泥的主料可提高碳納米管的分散性及其與混凝土主料的相容性。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明混凝土干燥條件下電阻率可小于1.64Q m，抗折強度可達到8.9MPa，抗壓強度可達到44.1MPa0
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種混凝土改性劑，包括:碳納米管10 80重量份；水泥和/或水泥的主料2 7重量份；丙烯酸乳液5 10重量份。其中，所述碳納米管優(yōu)選為15 75重量份，更優(yōu)選為3(T75重量份。所述碳納米管為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的碳納米管即可，并無特殊的限制。本發(fā)明中所述碳納米管優(yōu)選為單壁碳納米管與多壁碳納米管中的一種或兩種。所述碳納米管的直徑優(yōu)選為5(T80nm，更優(yōu)選為60 70nm。所述碳納米管的長度優(yōu)選為3 6mm,更優(yōu)選為4 6mm。以碳納米管作為混凝土主要電性能改性劑，其導(dǎo)電性能較好，添加少量即可獲得較好的導(dǎo)電性能改善效果，且對于混凝土的機械性能、沖擊電流耐受性能的影響較小。所述水泥和/或水泥的主料優(yōu)選為2飛重量份，更優(yōu)選為4飛重量份。所述水泥為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥即可，并無特殊的限制。所述水泥的主料為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的組成水泥的主料即可，并無特殊的限制，本發(fā)明中所述水泥的主料優(yōu)選為硅酸鹽、石灰石、粉煤灰與鋁礬土中的一種或多種，更優(yōu)選為硅酸鹽、石灰石、粉煤灰或鋁礬土。本發(fā)明中將水 泥成分中的一種預(yù)先與碳納米管充分混合，作為改性劑中的一種，可提高碳納米管的分散性能，及與混凝土主料的相容性。所述丙烯酸乳液優(yōu)選為6 10重量份。所述丙烯酸乳液為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的丙烯酸乳液即可，并無特殊的限制。為降低成本，本發(fā)明中優(yōu)選為工業(yè)純的丙烯酸乳液。丙烯酸乳液經(jīng)反應(yīng)后可逐漸生成丙烯酸樹脂，可填充混凝土內(nèi)部的間隙，提高其抗?jié)B性，同時，丙烯酸樹脂本身具備的高韌性賦予導(dǎo)電混凝土較強的耐機械力性能。按照本發(fā)明，所述混凝土改性劑優(yōu)選還包括f 15重量份的炭黑，更優(yōu)選為2 13重量份，再優(yōu)選為5 13重量份。所述炭黑為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的炭黑即可，并無特殊的限制。本發(fā)明中所述炭黑優(yōu)選為微米級炭黑，更優(yōu)選為微米級高純炭黑。碳納米管的導(dǎo)電性能與其納米分散狀態(tài)有關(guān)，而炭黑表面含有很多微孔，可吸附大量的碳納米管，采用炭黑與碳納米管相結(jié)合的方式作為改性劑，可提高碳納米管在混凝土中的分散性能，增加碳納米管的填充量，同時也可提高混凝土的機械強度，因此可使混凝土在初凝時保持較好的流動性及可塑性。本發(fā)明所述混凝土改性劑的制備按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進行制備即可，并無特殊的限制。本發(fā)明優(yōu)選按照以下方法進行制備:將1(T80重量份的碳納米管，2 7重量份的水泥和/或水泥的主料與5 10重量份丙烯酸乳液混合攪拌，混勻后進行干燥，研磨成粉，得到混凝土改性劑。所述干燥優(yōu)選為真空干燥，所述干燥的溫度優(yōu)選為IOO0C 140°c，所述干燥的時間優(yōu)選為4(T60h。本發(fā)明中優(yōu)選還加入1 15重量份的炭黑。所述碳納米管、水泥和/或水泥的主料、丙烯酸乳液及炭黑均同上所述，在此不再贅述。本發(fā)明還提供了一種混凝土，包括上述的混凝土改性劑，更優(yōu)選為包含混凝土改性劑的質(zhì)量為混凝土質(zhì)量的5 10%。所述混凝土的其他組成成分為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備混凝土的成分即可，并無特殊的限制。本發(fā)明中所述混凝土優(yōu)選包括水泥、河沙、石子、混凝土助劑及本發(fā)明所述混凝土改性劑，所述混凝土助劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混凝土助劑即可，并無特殊的限制。所述混凝土的制備 方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法即可，并無特殊的限制。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明混凝土干燥條件下電阻率可小于1.64Q m，抗折強度可達到8.9MPa，抗壓強度可達到44.1MPa0為了進一步說明本發(fā)明，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的一種混凝土改性劑及混凝土進行詳細描述。以下實施例中所用的試劑均為市售。實施例1將75重量份的碳納米管、10重量份的炭黑、5重量份的硅酸鹽與10重量份的丙烯酸乳液混合，加至高速攪拌機中充分攪拌，混合均勻后放入真空干燥箱，120°C干燥48h，研磨成粉，得到混凝土改性劑。實施例2將20重量份的防水乳液溶于水中，加入水泥60重量份與7重量份的實施例1中得到的混凝土改性劑，以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌lOmin，然后加入50重量份的河沙，繼續(xù)以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌IOmin,燒鑄成膜,在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護30天得到混凝土。利用混凝土電阻率測定儀對實施例2中得到的混凝土進行測試，得到其潮濕狀態(tài)下電阻率為0.52 Q m,干燥狀態(tài)下電阻率為1.64 Q m。根據(jù)GB/T19856.1對實施例2中得到的混凝土進行測試，得到其沖擊電流耐受AR%=2.7%。
對實施例3中得到混凝土進行工頻電流耐受測試，得到其工頻電流耐受AR%=11.1%。利用TYE-20混凝土抗折抗壓試驗機對實施例2中得到的混凝土進行測試，得到其抗折強度為8.4MPa，抗壓強度為43.5MPa。實施例3將10重量份的防水乳液溶于水中，加入水泥70重量份與7.5重量份的實施例1中得到的混凝土改性劑，以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌lOmin，然后加入60重量份的河沙，繼續(xù)以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌IOmin,燒鑄成膜,在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護30天得到混凝土。利用混凝土電阻率測定儀對實施例3中得到的混凝土進行測試，得到其潮濕狀態(tài)下電阻率為0.58 Q m,干燥狀態(tài)下電阻率為1.74 Q m。根據(jù)GB/T19856.1對實施例3中得到的混凝土進行測試，得到其沖擊電流耐受AR%=2.7%。 對實施例3中得到混凝土進行工頻電流耐受測試，得到其工頻電流耐受A R%=1.6%。利用TYE-20混凝土抗折抗壓試驗機對實施例3中得到的混凝土進行測試，得到其抗折強度為8.9MPa，抗壓強度為44.1MPa0以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種混凝土改性劑，其特征在于，包括: 碳納米管1(T80重量份； 水泥和/或水泥的主料 2 I重量份； 丙烯酸乳液5 10重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土改性劑，其特征在于，還包括:炭黑廣15重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混凝土改性劑，其特征在于，所述炭黑為微米級炭黑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土改性劑，其特征在于，所述碳納米管的直徑為50 80nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土改性劑，其特征在于，所述碳納米管的長度為3飛_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土改性劑，其特征在于，所述水泥的主料為硅酸鹽、石灰石、粉煤灰與鋁礬土中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土改性劑，其特征在于，所述碳納米管為15 75重量份。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土改性劑，其特征在于，所述水泥和/或水泥的主料為2飛重量份。
9.一種混凝土，其特征在于，包含權(quán)利要求廣8任意一項所述的混凝土改性劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土改性劑的質(zhì)量為混凝土質(zhì)量的5 10wt%。`
全文摘要
本發(fā)明提供了一種混凝土改性劑，包括10~80重量份的碳納米管，2~7重量份的水泥和/或水泥的主料，5~10重量份丙烯酸乳液。與現(xiàn)有技術(shù)中的石墨粉及鋼纖維改性劑相比，首先，本發(fā)明以碳納米管為主要電性能改性劑，添加少量即可獲得較好的電性能改善效果，且對于混凝土的機械性能、沖擊電流耐受性能等影響較小；其次，丙烯酸乳液經(jīng)反應(yīng)后可逐漸生成丙烯酸樹脂，可填充混凝土內(nèi)部的間隙，提高其抗?jié)B性，同時丙烯酸樹脂本身具備的高韌性賦予導(dǎo)電混凝土較強的耐機械力性能；再次，改性劑中添加水泥和/或水泥的主料可提高碳納米管的分散性及其與混凝土主料的相容性。
文檔編號C04B22/02GK103102092SQ201310060359
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者李勇, 王謙, 吳高林, 伏進, 陳超, 楊雁, 逄凱, 陳偉, 肖前波, 張世海 申請人:重慶市電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司