專利名稱：一種混凝土改性劑及混凝土的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于建筑材料技術領域，尤其涉及一種混凝土改性劑及混凝土。
背景技術：
混凝土的發(fā)展歷史已有100多年，其已成為世界范圍內土木工程領域應用最廣、用量最大的建筑材料。一般情況下普通混凝土的電阻率高，屬于電的不良導體。導電混凝土時在普通混凝土中添加一定含量的導電組分材料，由膠凝材料、導電材料、介電骨料和水等組分，按照一定配合比混合凝結而成的新型水泥基復合材料，具有規(guī)定的電性能和一定的力學性能的新型混凝土。導電混凝土既有結構材料的特點，又具有導電性和機敏特性，使得混凝土不僅作為一種結構材料使用，而且在電工、工業(yè)防靜電、建筑采暖、電加熱器、電力設備接地工程以及重大土木基礎設施等方面具有重要作用。導電組分材料在混凝土中摻入，使整個混凝土基質中出現相連的導電粒子鏈，在混凝土內使電解質的電路短路，借助電子的運動使之導電。M Sun等通過對導電組分實驗研究認為,在導電混凝土中存在三種導電方式:(I)離子導電,存在于孔溶液中Ca2+、Na、K、011_和S042_等離子運動形成；(2)電子導電，通過自由電子的遷移形成；(3)空穴導電，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電性。要獲得穩(wěn)定的導電性主要在于使電子能夠借助于電解質中離子的運動或金屬與半導體中電子的運動而流動。目前，導電混凝土中常用的導電組分主要分為三類:聚合物類、碳類和金屬類。其中，用于配制導電混凝土的導電介質一般有如下幾類:石墨、鋼渣、鋼纖維、碳質骨料及炭黑等。但長期以來，導電混凝土的導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，具有化學性質穩(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形成相互連通的導電網絡，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、抗剪等力學性能的優(yōu)點，同時作為金屬也可以發(fā)揮其導電功能，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，金屬易產生鈍化膜，導致混凝土的電阻率明顯增大。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術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量為混凝土質量的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。與現有技術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?，丙烯酸乳液經反應后可逐漸生成丙烯酸樹脂，可填充混凝土內部的間隙，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域技術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，其導電性能較好，添加少量即可獲得較好的導電性能改善效果，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。所述水泥為本領域技術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域技術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域技術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。丙烯酸乳液經反應后可逐漸生成丙烯酸樹脂，可填充混凝土內部的間隙，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。所述炭黑為本領域技術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。碳納米管的導電性能與其納米分散狀態(tài)有關，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域技術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量為混凝土質量的5 10%。所述混凝土的其他組成成分為本領域技術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域技術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 方法為本領域技術人員熟知的方法即可，并無特殊的限制。實驗結果表明，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的轉速攪拌lOmin，然后加入50重量份的河沙，繼續(xù)以300r/min的轉速攪拌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的轉速攪拌lOmin，然后加入60重量份的河沙，繼續(xù)以300r/min的轉速攪拌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，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，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視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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，包含權利要求廣8任意一項所述的混凝土改性劑。
10.根據權利要求9所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土改性劑的質量為混凝土質量的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。與現有技術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，丙烯酸乳液經反應后可逐漸生成丙烯酸樹脂，可填充混凝土內部的間隙，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研究院, 國家電網公司