专利名称：一种混凝土改性剂及混凝土的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种混凝土改性剂及混凝土。
背景技术：
混凝土的发展历史已有100多年，其已成为世界范围内土木工程领域应用最广、用量最大的建筑材料。一般情况下普通混凝土的电阻率高，属于电的不良导体。导电混凝土时在普通混凝土中添加一定含量的导电组分材料，由胶凝材料、导电材料、介电骨料和水等组分，按照一定配合比混合凝结而成的新型水泥基复合材料，具有规定的电性能和一定的力学性能的新型混凝土。导电混凝土既有结构材料的特点，又具有导电性和机敏特性，使得混凝土不仅作为一种结构材料使用，而且在电工、工业防静电、建筑采暖、电加热器、电力设备接地工程以及重大土木基础设施等方面具有重要作用。导电组分材料在混凝土中掺入，使整个混凝土基质中出现相连的导电粒子链，在混凝土内使电解质的电路短路，借助电子的运动使之导电。M Sun等通过对导电组分实验研究认为,在导电混凝土中存在三种导电方式:(I)离子导电,存在于孔溶液中Ca2+、Na、K、011_和S042_等离子运动形成；(2)电子导电，通过自由电子的迁移形成；(3)空穴导电，通过空穴的迁移形成。此三个方面的共通过作用影响混凝土的导电性。要获得稳定的导电性主要在于使电子能够借助于电解质中离子的运动或金属与半导体中电子的运动而流动。目前，导电混凝土中常用的导电组分主要分为三类:聚合物类、碳类和金属类。其中，用于配制导电混凝土的导电介质一般有如下几类:石墨、钢渣、钢纤维、碳质骨料及炭黑等。但长期以来，导电混凝土的导电性能的获得常常以牺牲其强度为代价。石墨具有良好的导电性(含碳量大于80%,其电阻率通常不大于0.5 Q cm),与铜粉、铁粉、铝粉等金属粉末相比，具有化学性质稳定、耐酸碱、抗氧化性好等优点，但石墨粉末需要掺加较高掺量才能在混凝土基体内形成相互连通的导电网络，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，进而导致混凝土的强度随着石墨粉末的掺量增加而快速下降。钢纤维具有提高混凝土的抗拉、抗弯、抗剪等力学性能的优点，同时作为金属也可以发挥其导电功能，然而，随着时间的延长，钢纤维混凝土由于其的高碱性环境，金属易产生钝化膜，导致混凝土的电阻率明显增大。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种混凝土改性剂及混凝土，该改性剂可同时提高混凝土的导电性能与机械性能。本发明提供了一种混凝土改性剂， 包括:碳纳米管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。
优选的，还包括:炭黑f 15重量份。优选的，所述炭黑为微米级炭黑。优选的，所述碳纳米管的直径为5(T80nm。优选的，所述碳纳米管的长度为3飞mm。优选的，所述水泥的主料为硅酸盐、石灰石、粉煤灰与铝矾土中的一种或多种。优选的，所述碳纳米管为15 75重量份。优选的，所述水泥和/或水泥的主料为2飞重量份。本发明还提供了一种混凝土，包含权利要求f 8任意一项所述的混凝土改性剂。优选的,所述混凝土改性剂的质量为混凝土质量的5"l0wt%。本发明提供了一种混凝土改性剂，包括1(T80重量份的碳纳米管，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。与现有技术中的石墨粉及钢纤维改性剂相t匕，首先，本发明以碳纳米管为主要电性能改性剂，添加少量即可获得较好的电性能改善效果，且对于混凝土的机械性能、冲击电流耐受性能等影响较小；其次，丙烯酸乳液经反应后可逐渐生成丙烯酸树脂，可填充混凝土内部的间隙，提高其抗渗性，同时丙烯酸树脂本身具备的高韧性赋予导电混凝土较强的耐机械力性能；再次，改性剂中添加水泥和/或水泥的主料可提高碳纳米管的分散性及其与混凝土主料的相容性。实验结果表明，本发明混凝土干燥条件下电阻率可小于1.64Q m，抗折强度可达到8.9MPa，抗压强度可达到44.1MPa0
具体实施例方式本发明提供了一种混凝土改性剂，包括:碳纳米管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，所述碳纳米管优选为15 75重量份，更优选为3(T75重量份。所述碳纳米管为本领域技术人员熟知的碳纳米管即可，并无特殊的限制。本发明中所述碳纳米管优选为单壁碳纳米管与多壁碳纳米管中的一种或两种。所述碳纳米管的直径优选为5(T80nm，更优选为60 70nm。所述碳纳米管的长度优选为3 6mm,更优选为4 6mm。以碳纳米管作为混凝土主要电性能改性剂，其导电性能较好，添加少量即可获得较好的导电性能改善效果，且对于混凝土的机械性能、冲击电流耐受性能的影响较小。所述水泥和/或水泥的主料优选为2飞重量份，更优选为4飞重量份。所述水泥为本领域技术人员熟知的水泥即可，并无特殊的限制。所述水泥的主料为本领域技术人员熟知的组成水泥的主料即可，并无特殊的限制，本发明中所述水泥的主料优选为硅酸盐、石灰石、粉煤灰与铝矾土中的一种或多种，更优选为硅酸盐、石灰石、粉煤灰或铝矾土。本发明中将水 泥成分中的一种预先与碳纳米管充分混合，作为改性剂中的一种，可提高碳纳米管的分散性能，及与混凝土主料的相容性。所述丙烯酸乳液优选为6 10重量份。所述丙烯酸乳液为本领域技术人员熟知的丙烯酸乳液即可，并无特殊的限制。为降低成本，本发明中优选为工业纯的丙烯酸乳液。丙烯酸乳液经反应后可逐渐生成丙烯酸树脂，可填充混凝土内部的间隙，提高其抗渗性，同时，丙烯酸树脂本身具备的高韧性赋予导电混凝土较强的耐机械力性能。按照本发明，所述混凝土改性剂优选还包括f 15重量份的炭黑，更优选为2 13重量份，再优选为5 13重量份。所述炭黑为本领域技术人员熟知的炭黑即可，并无特殊的限制。本发明中所述炭黑优选为微米级炭黑，更优选为微米级高纯炭黑。碳纳米管的导电性能与其纳米分散状态有关，而炭黑表面含有很多微孔，可吸附大量的碳纳米管，采用炭黑与碳纳米管相结合的方式作为改性剂，可提高碳纳米管在混凝土中的分散性能，增加碳纳米管的填充量，同时也可提高混凝土的机械强度，因此可使混凝土在初凝时保持较好的流动性及可塑性。本发明所述混凝土改性剂的制备按照本领域技术人员熟知的方法进行制备即可，并无特殊的限制。本发明优选按照以下方法进行制备:将1(T80重量份的碳纳米管，2 7重量份的水泥和/或水泥的主料与5 10重量份丙烯酸乳液混合搅拌，混匀后进行干燥，研磨成粉，得到混凝土改性剂。所述干燥优选为真空干燥，所述干燥的温度优选为IOO0C 140°c，所述干燥的时间优选为4(T60h。本发明中优选还加入1 15重量份的炭黑。所述碳纳米管、水泥和/或水泥的主料、丙烯酸乳液及炭黑均同上所述，在此不再赘述。本发明还提供了一种混凝土，包括上述的混凝土改性剂，更优选为包含混凝土改性剂的质量为混凝土质量的5 10%。所述混凝土的其他组成成分为本领域技术人员熟知的制备混凝土的成分即可，并无特殊的限制。本发明中所述混凝土优选包括水泥、河沙、石子、混凝土助剂及本发明所述混凝土改性剂，所述混凝土助剂为本领域技术人员熟知的混凝土助剂即可，并无特殊的限制。所述混凝土的制备 方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制。实验结果表明，本发明混凝土干燥条件下电阻率可小于1.64Q m，抗折强度可达到8.9MPa，抗压强度可达到44.1MPa0为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种混凝土改性剂及混凝土进行详细描述。以下实施例中所用的试剂均为市售。实施例1将75重量份的碳纳米管、10重量份的炭黑、5重量份的硅酸盐与10重量份的丙烯酸乳液混合，加至高速搅拌机中充分搅拌，混合均匀后放入真空干燥箱，120°C干燥48h，研磨成粉，得到混凝土改性剂。实施例2将20重量份的防水乳液溶于水中，加入水泥60重量份与7重量份的实施例1中得到的混凝土改性剂，以300r/min的转速搅拌lOmin，然后加入50重量份的河沙，继续以300r/min的转速搅拌IOmin,烧铸成膜,在标准养护条件下养护30天得到混凝土。利用混凝土电阻率测定仪对实施例2中得到的混凝土进行测试，得到其潮湿状态下电阻率为0.52 Q m,干燥状态下电阻率为1.64 Q m。根据GB/T19856.1对实施例2中得到的混凝土进行测试，得到其冲击电流耐受AR%=2.7%。
对实施例3中得到混凝土进行工频电流耐受测试，得到其工频电流耐受AR%=11.1%。利用TYE-20混凝土抗折抗压试验机对实施例2中得到的混凝土进行测试，得到其抗折强度为8.4MPa，抗压强度为43.5MPa。实施例3将10重量份的防水乳液溶于水中，加入水泥70重量份与7.5重量份的实施例1中得到的混凝土改性剂，以300r/min的转速搅拌lOmin，然后加入60重量份的河沙，继续以300r/min的转速搅拌IOmin,烧铸成膜,在标准养护条件下养护30天得到混凝土。利用混凝土电阻率测定仪对实施例3中得到的混凝土进行测试，得到其潮湿状态下电阻率为0.58 Q m,干燥状态下电阻率为1.74 Q m。根据GB/T19856.1对实施例3中得到的混凝土进行测试，得到其冲击电流耐受AR%=2.7%。 对实施例3中得到混凝土进行工频电流耐受测试，得到其工频电流耐受A R%=1.6%。利用TYE-20混凝土抗折抗压试验机对实施例3中得到的混凝土进行测试，得到其抗折强度为8.9MPa，抗压强度为44.1MPa0以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种混凝土改性剂，其特征在于，包括: 碳纳米管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.根据权利要求1所述的混凝土改性剂，其特征在于，还包括:炭黑广15重量份。
3.根据权利要求2所述的混凝土改性剂，其特征在于，所述炭黑为微米级炭黑。
4.根据权利要求1所述的混凝土改性剂，其特征在于，所述碳纳米管的直径为50 80nm。
5.根据权利要求1所述的混凝土改性剂，其特征在于，所述碳纳米管的长度为3飞_。
6.根据权利要求1所述的混凝土改性剂，其特征在于，所述水泥的主料为硅酸盐、石灰石、粉煤灰与铝矾土中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的混凝土改性剂，其特征在于，所述碳纳米管为15 75重量份。
8.根据权利要求1所述的混凝土改性剂，其特征在于，所述水泥和/或水泥的主料为2飞重量份。
9.一种混凝土，其特征在于，包含权利要求广8任意一项所述的混凝土改性剂。
10.根据权利要求9所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土改性剂的质量为混凝土质量的5 10wt%。`
全文摘要
本发明提供了一种混凝土改性剂，包括10~80重量份的碳纳米管，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。与现有技术中的石墨粉及钢纤维改性剂相比，首先，本发明以碳纳米管为主要电性能改性剂，添加少量即可获得较好的电性能改善效果，且对于混凝土的机械性能、冲击电流耐受性能等影响较小；其次，丙烯酸乳液经反应后可逐渐生成丙烯酸树脂，可填充混凝土内部的间隙，提高其抗渗性，同时丙烯酸树脂本身具备的高韧性赋予导电混凝土较强的耐机械力性能；再次，改性剂中添加水泥和/或水泥的主料可提高碳纳米管的分散性及其与混凝土主料的相容性。
文档编号C04B22/02GK103102092SQ201310060359
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月26日 优先权日2013年2月26日
发明者李勇, 王谦, 吴高林, 伏进, 陈超, 杨雁, 逄凯, 陈伟, 肖前波, 张世海 申请人:重庆市电力公司电力科学研究院, 国家电网公司