无机材料/聚合物复合高韧性混凝土及其制备方法

摘要

本发明公开了一种无机材料/聚合物复合高韧性混凝土及其制备方法，通过化学反应对碳纳米管进行改性，制得表面化学接枝高取代羟丙基纤维素的改性碳纳米管，将其加入到聚丙烯酸酯乳液中后，再与水、聚丙烯酸酯增韧乳液、水泥、碎石、细集料、矿渣粉、粉煤灰和减水剂一起作为原料，经搅拌、混合，制得所述无机材料/聚合物复合高韧性混凝土。经检测，本发明所提供的高韧性混凝土在直接拉伸荷载或弯曲荷载作用下都能展示出显著的应变硬化或变形硬化特征，其抗弯强度可达19-29MPa，拉伸强度可达8-16MPa，抗压强度可达78-95MPa，能应用于大跨度跨海和跨江大桥、高铁高架桥的桥面，以及地铁等各类型隧道拱墙等领域。

主权项

一种无机材料/聚合物复合高韧性混凝土，其特征在于：所述复合高韧性混凝土由水、含改性碳纳米管的聚丙烯酸酯乳液、聚丙烯酸酯增韧乳液、水泥、碎石、细集料、矿渣粉、粉煤灰和减水剂组成；各组分的配比如下：水                                  130‑160 kg/m³；含改性碳纳米管的聚丙烯酸酯乳液      10‑15 kg/m³；聚丙烯酸酯增韧乳液                  20‑30 kg/m³；水泥                                385‑410 kg/m³；碎石                                950‑1050 kg/m³；细集料                              550‑750 kg/m³；矿渣粉                              20‑30 kg/m³；粉煤灰                              40‑65 kg/m³；减水剂                              3.5‑6 kg/m³；所述含改性碳纳米管的聚丙烯酸酯乳液中，改性碳纳米管的质量百分数为1‑3.5%；所述改性碳纳米管是将碳纳米管经混酸氧化处理后，与亚硫酰氯反应，使碳纳米管表面的羧基转化为酰氯基团，再分别与乙二胺和三聚氰胺发生亲核取代反应，得到表面含氯三嗪环的碳纳米管；然后将其与高取代羟丙基纤维素发生取代反应，得到表面化学接枝高取代羟丙基纤维素的水溶性改性碳纳米管；所述改性碳纳米管中羟丙基纤维素的质量百分数为16%；所述混酸是将浓硫酸和浓硝酸按体积比3:2配制而成；所述含改性碳纳米管的聚丙烯酸酯乳液是将改性碳纳米管和复合乳化剂加入到2/3单体水溶液中，搅拌5 h后加入一半引发剂水溶液，在1h内边搅拌边升温至70℃，并在70‑72℃下继续搅拌1‑2 h；然后在80‑82℃下，边搅拌边缓慢滴加剩余的单体水溶液和引发剂水溶液，滴加过程用时2‑3 h；待滴加完毕，在80‑82℃下继续搅拌2‑3 h，然后升温至90‑92℃搅拌2‑3 h后，再降温至25‑30 ℃，用氨水将乳液的pH调节至8；在25‑30 ℃继续搅拌1 h后，得到所述含改性碳纳米管的聚丙烯酸酯乳液；含改性碳纳米管的聚丙烯酸酯乳液制备过程中所述复合乳化剂是将OP‑10与十二烷基苯磺酸钠按质量比1:2混合而成；含改性碳纳米管的聚丙烯酸酯乳液制备过程中所述单体水溶液是将单体和十二烷基硫醇加入到水中混合配制成；含改性碳纳米管的聚丙烯酸酯乳液制备过程中所述单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲氧基乙酯和丙烯酸的混合物；含改性碳纳米管的聚丙烯酸酯乳液制备过程中所述引发剂为过硫酸钾；含改性碳纳米管的聚丙烯酸酯乳液制备过程中所述氨水为含氨质量分数为25‑28%的水溶液；所述聚丙烯酸酯增韧乳液是将乳化剂加入到1/3单体水溶液中，搅拌1‑2 h后加入70%引发剂水溶液，在1h内边搅拌边升温至80℃；然后在80‑82℃下，边搅拌边缓慢滴加20%引发剂水溶液和剩余的单体水溶液，滴加过程用时3‑4 h；待滴加完毕后，在80‑82℃下继续搅拌2‑3 h；再加入剩余的引发剂水溶液，升温至88‑90℃继续搅拌1‑2 h后，降温至25‑28 ℃，用氨水将乳液的pH调节至8；最后加入己二酸二酰肼，在25‑28 ℃下搅拌2 h，得到聚丙烯酸酯增韧乳液；聚丙烯酸酯增韧乳液制备过程中所述乳化剂采用巴斯夫公司牌号为L61或P103的表面活性剂；聚丙烯酸酯增韧乳液制备过程中所述引发剂为过氧化苯甲酰；聚丙烯酸酯增韧乳液制备过程中所述单体为丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸‑β‑羟丙酯、N‑(1,1‑二甲基‑3‑氧代丁基)丙烯酰胺和苯乙烯的混合物；聚丙烯酸酯增韧乳液制备过程中所述氨水为含氨质量分数为25‑28%的水溶液。