一种混凝土抗干缩碳基纳米增强剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种混凝土抗干缩碳基纳米增强剂及其制备方法，所述混凝土抗干缩碳基纳米增强剂由以下质量百分含量的组分组成：改性硅灰分散液1～10％，改性超吸水树脂微球1～12％，氧化石墨烯0.3～5％，余量为去离子水。本发明提供的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂以硅灰、电石渣等为原料制备得到，合理利用固废，并能带来一定的经济效益，将该混凝土抗干缩碳基纳米增强剂加入混凝土中，不仅可以减少干缩，还能提高混凝土强度。

权利要求

1.一种混凝土抗干缩碳基纳米增强剂，其特征在于，它由以下质量百分含量的组分组成：改性硅灰分散液1～10％，改性超吸水树脂微球1～12％，氧化石墨烯0.3～5％，余量为去离子水；

所述改性硅灰分散液组分及质量百分比为：硅灰20～40％，电石渣5～10％，去离子水

40～60％，苯基三乙氧基硅烷1～12％，无水乙醇5～30％；其制备方法为：将电石渣和去离子水加入到硅灰中，超声搅拌15～30min，得到均匀的分散液，静置0.5～1h，之后将溶于无水乙醇的苯基三乙氧基硅烷滴加至上述均匀的分散液中，在温度20～40℃下搅拌2h得到；

所述改性超吸水树脂微球原料组分及质量百分比为：超吸水树脂微球20～40％，表面改性剂1～5％，水40～60％；其制备方法为：将表面改性剂和水加入到超吸水树脂微球中，搅拌后超声分散15～30min得到。

2.根据权利要求1所述的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂，其特征在于，所述硅灰中SiO2的质量分数为85～95％，粒径为0.1～100μm。

3.根据权利要求1所述的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂，其特征在于，所述电石渣中Ca(OH)2的质量分数为70～90％。

4.根据权利要求1所述的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂，其特征在于，所述超吸水树脂微球为丙烯酸‑丙烯酰胺共聚树脂微球，其粒径为50～3000nm。

5.根据权利要求1所述的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂，其特征在于，所述表面改性剂为萘磺酸盐、对苯乙烯磺酸钠中的一种。

6.根据权利要求1所述的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂，其特征在于，所述氧化石墨烯2

为层状氧化石墨烯，O/C原子比为0.25～0.35，比表面积为300～1000m/g。

7.一种权利要求1‑6任一所述的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)按比例称取原料，备用；

2)将改性硅灰分散液和改性超吸水树脂微球混合，超声分散10～15min，制得均匀的混合分散液；

3)将氧化石墨烯与去离子水按质量比1：100～1000混合，超声分散10～15min后加入到步骤2)所得混合分散液中，超声分散均匀即得到混凝土抗干缩碳基纳米增强剂。

8.一种权利要求1‑6任一所述的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂的使用方法，其特征在于，将所述混凝土抗干缩碳基纳米增强剂掺入混凝土中，掺量为8～18％。

说明书

一种混凝土抗干缩碳基纳米增强剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于含有无机黏结剂的砂浆、混凝土或人造石的组合物技术领域，具体涉及一种混凝土抗干缩碳基纳米增强剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 混凝土处于干燥的环境中，水分会由内向外不断散失，进而导致体积收缩的现象称之为混凝土干缩。混凝土干缩会使混凝土结构发生变形，影响混凝土的耐久性。为了抵消这种潜在的危害，通常采用内养护的方式来降低混凝土的收缩，比如说在混凝土中加入超吸水性树脂来提供额外的固化水，但是加入超吸水树脂的混凝土通常会出现强度降低的情况。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种混凝土抗干缩碳基纳米增强剂及其制备方法。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

[0005] 提供一种混凝土抗干缩碳基纳米增强剂，它由以下质量百分含量的组分组成：改性硅灰分散液1～10％，改性超吸水树脂微球1～12％，氧化石墨烯0.3～5％，余量为去离子水。

[0006] 按上述方案，所述改性硅灰分散液组分及质量百分比为：硅灰20～40％，电石渣5～10％，去离子水40～60％，苯基三乙氧基硅烷1～12％，无水乙醇5～30％；其制备方法为：将电石渣和去离子水加入到硅灰中，超声搅拌15～30min，得到均匀的分散液，静置0.5～
1h，之后将溶于无水乙醇的苯基三乙氧基硅烷滴加至上述均匀的分散液中，在温度20～40℃下搅拌2h得到。改性硅灰分散液能够使氧化石墨烯在混凝土中稳定分散。

[0007] 按上述方案，所述硅灰中SiO2的质量分数为85～95％，粒径为0.1～100μm。

[0008] 按上述方案，所述电石渣中Ca(OH)2的质量分数为70～90％。

[0009] 按上述方案，所述改性超吸水树脂微球原料组分及质量百分比为：超吸水树脂微球20～40％，表面改性剂1～5％，水40～60％；其制备方法为：将表面改性剂和水加入到超吸水树脂微球中，搅拌后超声分散15～30min得到。采用此方法改性可以使超吸水树脂微球在氧化石墨烯表面稳定分散。

[0010] 按上述方案，所述超吸水树脂微球为丙烯酸‑丙烯酰胺共聚树脂微球，其粒径为50～3000nm。超吸水树脂微球用于减少混凝土的干燥收缩。

[0011] 按上述方案，所述表面改性剂为萘磺酸盐(如1‑萘磺酸钠)、对苯乙烯磺酸钠中的一种。表面改性剂用于在超吸水树脂微球上接枝一定的苯环，使超吸水树脂可以在氧化石墨烯表面稳定分散。

[0012] 按上述方案，所述氧化石墨烯为层状氧化石墨烯，O/C原子比为0.25～0.35，比表2
面积为300～1000m/g。氧化石墨烯中含有羧基、羟基、羰基和环氧基团。氧化石墨烯用于提高混凝土的强度。

[0013] 本发明还包括上述混凝土抗干缩碳基纳米增强剂的制备方法，具体步骤如下：

[0014] 1)按比例称取原料，备用；

[0015] 2)将改性硅灰分散液和改性超吸水树脂微球混合，超声分散10～15min，制得均匀的混合分散液；

[0016] 3)将氧化石墨烯与去离子水按质量比1：100～1000混合，超声分散10～15min后加入到步骤2)所得混合分散液中，超声分散均匀即得到混凝土抗干缩碳基纳米增强剂。

[0017] 上述混凝土抗干缩碳基纳米增强剂的使用方法，具体为：将所述混凝土抗干缩碳基纳米增强剂掺入混凝土中，掺量为8～18％(以水泥为基准的重量百分比)。

[0018] 首先利用电石渣对硅灰表面进行预处理，然后利用苯基三乙氧基硅烷对硅灰进行改性，之后通过非共价改性，利用经苯基三乙氧基硅烷改性的硅灰分散液与氧化石墨烯进行组装，以使氧化石墨烯稳定分散，然后将经苯基改性的超吸水树脂微球加入其中得到组装体。该组装体加入混凝土中，其中稳定分散的氧化石墨烯可以起到使混凝土强度提高的作用，组装体中的超吸水树脂微球可以起到抗干缩的作用。

[0019] 本发明的有益效果在于：1.本发明所提供的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂加入混凝土中，不仅可以减少干缩，还能提高强度；2.本发明提供的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂制备方法以硅灰、电石渣等为原料，合理利用固废，并能带来一定的经济效益。

附图说明

[0020] 图1为实施例1所制备的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂的结构示意图。

具体实施方式

[0021] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

[0022] 本发明实施例所用硅灰中SiO2的质量分数为94％，平均粒径为0.37μm，所用电石渣中Ca(OH)2的质量分数为76％，所用丙烯酸‑丙烯酰胺共聚树脂微球粒径为200nm，所用氧2
化石墨烯为层状氧化石墨烯，O/C原子比为0.3，比表面积为500m/g。

[0023] 实施例1

[0024] 一种混凝土抗干缩碳基纳米增强剂，其制备方法具体步骤如下：

[0025] A、将56份去离子水和10份电石渣加入34份硅灰中，超声分散20min，再静置40min后得到均匀的经表面预处理的硅灰分散液；

[0026] B、取8份苯基三乙氧基硅烷溶于30份无水乙醇中滴加至上述经表面预处理的硅灰分散液中，在30℃下搅拌2h得到改性硅灰分散液；

[0027] C、取1份表面改性剂(对苯乙烯磺酸钠)和59份水加入到40份丙烯酸‑丙烯酰胺共聚树脂微球中，搅拌后超声分散20min，得到改性超吸水树脂微球；

[0028] D、按以下各组分称取各原料：改性硅灰分散液2％，改性超吸水树脂微球5％，氧化石墨烯0.5％，去离子水92.5％；

[0029] E、将改性硅灰分散液和改性超吸水树脂微球混合，超声分散15min，制得均匀分散液，之后取氧化石墨烯溶于去离子水中，超声分散15min后将其加入前述均匀分散液中，超声分散均匀后，得到混凝土抗干缩碳基纳米增强剂。

[0030] 将本实施例制备的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂掺入混凝土中，掺量为12％(以水泥为基准的重量百分比)，混凝土原料配比为：普通硅酸盐水泥13.50份，混凝土抗干缩碳基纳米增强剂1.62份，矿渣9份，标准砂67.6份，水8.21份，减水剂0.07份(未加入混凝土抗干缩碳基纳米增强剂的混凝土作为空白样对比)。按照GB/T17671‑1999方法检测混凝土强度，按照GB/T29417‑2012方法测试混凝土干缩率，经测试，空白样28天抗压强度为32MPa，干缩率为0.15％，加入本实施例制备的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂的混凝土试样28天抗压强度为44.5MPa，干缩率为0.078％，与空白样相比，干缩率降低了48％。

[0031] 图1为本实施例所制备的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂的结构示意图，图中SAP为超吸水树脂，经苯基改性的硅灰和超吸水树脂微球通过π‑π堆叠作用，在氧化石墨烯表面稳定分散。

[0032] 对比例1

[0033] 将实施例1中改性超吸水树脂微球用等量未改性超吸水树脂微球替代，采用实施例1相同的方法制备混凝土抗干缩碳基纳米增强剂并配制混凝土，所得混凝土样品28天抗压强度为28.5MPa。

[0034] 实施例2

[0035] 一种混凝土抗干缩碳基纳米增强剂，其制备方法具体步骤如下：

[0036] A、将55份去离子水和9份电石渣加入36份硅灰中超声分散20min，静置40min后，得到均匀的经表面预处理的硅灰分散液；

[0037] B、取6份苯基三乙氧基硅烷溶于28份无水乙醇中滴加至上述经表面预处理的硅灰分散液中，在30℃下搅拌2h得到改性硅灰分散液；

[0038] C、取2份表面改性剂(1‑萘磺酸钠)和60份水加入到38份丙烯酸‑丙烯酰胺共聚树脂微球中，搅拌后超声分散20min，得到改性超吸水树脂微球；

[0039] D、按以下各组分称取各原料：改性硅灰分散液2％，改性超吸水树脂微球6％，氧化石墨烯0.8％，去离子水91.2％；

[0040] E、将改性硅灰分散液和改性超吸水树脂微球混合，超声分散15min，制得均匀分散液，之后取氧化石墨烯溶于去离子水中，超声分散15min后，将其加入前述均匀分散液中，超声分散均匀后，得到混凝土抗干缩碳基纳米增强剂。

[0041] 将本实施例制备的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂掺入混凝土中，掺量为9％(以水泥为基准的重量百分比)，混凝土原料配比为：普通硅酸盐水泥13.6份，混凝土抗干缩碳基纳米增强剂1.22份，矿渣9份，标准砂67.8份，水8.31份，减水剂0.07份(未加入混凝土抗干缩碳基纳米增强剂的混凝土作为空白样对比)。按照GB/T17671‑1999方法检测混凝土强度，按照GB/T29417‑2012方法测试混凝土干缩率，经测试，空白样的28天抗压强度为32MPa，干缩率为0.15％，加入本实施例制备的的混凝土抗干缩碳基纳米增强剂的混凝土试样28天抗压强度为43MPa，干缩率为0.083％，与空白样相比，干缩率降低了45％。

[0042] 对比例2

[0043] 将实施例2中改性超吸水树脂微球用等量未改性超吸水树脂微球替代，采用实施例2相同的方法制备混凝土抗干缩碳基纳米增强剂并配制混凝土，所得混凝土样品28天抗压强度为29MPa。