CNT+nanoSilica"代表樣品的碳納米管摻量為 0. 24% (占納米硅膠的質(zhì)量百分比）、采用納米硅膠為分散劑，"0. 24% CNT則表示樣品的 碳納米管摻量為〇. 24%、分散液為水（不含納米硅膠）。
[0034] 在碳納米管溶液超聲分散后，馬上用吸管吸取1ml分散液并滴在含有40ml水的 燒杯中進(jìn)行稀釋?zhuān)缓罅⒖逃脽邢♂屵^(guò)的碳納米管溶液在紫外可見(jiàn)近紅外光譜儀中進(jìn) 行表征，吸收峰越高說(shuō)明分散效果越好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，以納米硅膠作為分散劑的 0· 24% CNT+nanosilica和 0· 48% CNT+nanosilica 的吸收峰明顯高于相對(duì)應(yīng)的 0· 24% CNT 和0. 48% CNT，說(shuō)明納米硅膠能夠很好的分散碳納米管。納米硅膠分散碳納米管的機(jī)理如 圖3所示，納米硅膠吸附在碳納米管表面。
[0035] 碳納米管水泥基復(fù)合材料制備實(shí)施例
[0036] 力學(xué)性能方面：
[0037] 按照下表分別稱(chēng)量碳納米管、水、納米硅膠和水泥，用JJ-5型水泥膠砂攪拌機(jī)進(jìn) 行攪拌。首先將碳納米管分散液或納米硅膠或水添加到水泥中慢速攪拌60s ;停歇15秒并 用鏟子清理攪拌鍋壁上的水泥；然后再加上剩余的水慢速攪拌90s，最后再快速攪拌90s， 至此，整個(gè)攪拌過(guò)程結(jié)束。將攪拌好的水泥凈漿均勻倒入水泥膠砂標(biāo)準(zhǔn)試模中；然后將試模 置于振動(dòng)臺(tái)上振實(shí)，排出內(nèi)部氣泡達(dá)到密實(shí)的效果；接著將試模用刮尺抹平后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng) 護(hù)箱。在溫度為20±2°C，濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)24h后拆模，取出尺寸大小 為160mmX40mmX40mm的試塊，標(biāo)號(hào)后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下分別養(yǎng)護(hù)至28 天齡期。同時(shí)制作普通組水泥凈漿試件作為對(duì)照試件，同條件一并養(yǎng)護(hù)至28天齡期。
[0038] 表2碳納米管分散液配合比
[0040] 注：①41g納米硅膠中含有l(wèi)g納米硅粉和40g水，本文采用等量取代法；②CNT-3 和CNT-4是以納米硅膠作為分散劑來(lái)分散碳納米管，CNT-5和CNT-6是在水中分散。
[0041] 表3碳納米管水泥基復(fù)合材料的配合比
[0044] 注：41g納米硅膠中含有l(wèi)g納米娃粉和40g水，本文采用等量取代法。
[0045] 在本次力學(xué)性能測(cè)試中，所有操作步驟跟試驗(yàn)方法按照ASTM/C308規(guī)范進(jìn)行。表4 分別列出了普通水泥凈漿和碳納米管水泥基復(fù)合材料28天抗壓強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果的平均值 和提高百分率。
[0046] 表4復(fù)合材料28天齡期力學(xué)強(qiáng)度
[0048] 注：表中每組數(shù)據(jù)試件數(shù)為三個(gè)。
[0049] 人工合成的納米級(jí)Si02(Nan〇-Si02，簡(jiǎn)稱(chēng)NS)的粒徑非常小，其火山灰活性均比硅 灰、粉煤灰的要高很多。在水泥漿體中，Ca(0H)2#更多地在納米Si02表面形成鍵合，并生 成C-S-H凝膠，起到了降低Ca (OH) 2含量和細(xì)化Ca (OH) 2晶體尺寸的作用，同時(shí)C-S-H凝膠 以納米Si02為核心形成簇狀結(jié)構(gòu)，納米SiO 2起到C-S-H凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的作用。
[0050] 從上表總結(jié)得出：運(yùn)用本發(fā)明的制備方法制得的以納米硅膠作為分散劑的碳納米 管分散液摻入水泥后能夠大大提高復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度。因?yàn)檫@種分散方法提高了碳納米 管的分散性，阻止了碳納米管在水泥基材料中發(fā)生二次團(tuán)聚，改善了碳納米管與水泥基復(fù) 合材料界面過(guò)渡區(qū)的粘結(jié)能力，而且納米二氧化硅本身具有火山灰活性，所以這種分散方 法能夠大大提高水泥基復(fù)合材料的抗壓能力。
[0051] 碳納米管水泥基復(fù)合材料的制作工序同上，采用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀在三點(diǎn)彎曲的 狀態(tài)下對(duì)復(fù)合材料的損耗因子和儲(chǔ)存模量進(jìn)行測(cè)試。試件尺寸為12mmX5mmX 100mm，饒筑 1天后拆模，并將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱。在溫度為20±2°C，濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件 下養(yǎng)護(hù)24h后拆模，并繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至28天齡期。考慮到現(xiàn)實(shí)中建筑結(jié)構(gòu)的基本周期，因此每 種試件在不同頻率（0. 5,1. 0,1. 5, 2. 0, 2. 5Hz)和常溫溫度25攝氏度下測(cè)定，每組取3個(gè)， 對(duì)測(cè)試結(jié)果取平均值，測(cè)量時(shí)位移取7 μ m。
[0052] 表5損耗因子η和儲(chǔ)存模量E'
[0055] 從上表總結(jié)得出：運(yùn)用本發(fā)明的制備方法制得的以納米硅膠作為分散劑的碳納 米管分散液摻入水泥后能夠大大增加水泥基復(fù)合材料的耗散模量，從圖4可以明顯看出， CNT-3的耗能模量最高。耗能模量高說(shuō)明材料的阻尼性能好，材料的抗震能力得到增強(qiáng)。
[0056] 耐久性能方面：
[0057] 實(shí)驗(yàn)所用普通硅酸鹽水泥、水、碳納米管和納米硅膠等材料以及碳納米管分散液 的制備方法同抗壓強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)保持一致。樣品的水灰比為0. 4,取2g碳納米管分散液與 5g水泥作實(shí)驗(yàn)，每個(gè)試樣的測(cè)量時(shí)間設(shè)定為72h，在室內(nèi)溫度25度條件下分別測(cè)試水泥水 化反應(yīng)的總放熱量和水化速率。實(shí)驗(yàn)儀器為水泥水化熱測(cè)量?jī)x，型號(hào)為德國(guó)Τ0ΝΙ 7388。
[0058] 表672h水化反應(yīng)放熱量
[0060] 表7水化反應(yīng)第二個(gè)峰出現(xiàn)的時(shí)間及反應(yīng)速率
[0062] 由上表總結(jié)得出：運(yùn)用本發(fā)明的制備方法制得的以納米硅膠作為分散劑的碳納米 管分散液摻入水泥后，水化反應(yīng)迅速，在水化反應(yīng)開(kāi)始后的6. 52h達(dá)到第二個(gè)放熱峰，水化 反應(yīng)速率也比CNT-5高，在72h的水化反應(yīng)過(guò)程中總放熱量最高，達(dá)到314. 36J/g。說(shuō)明 CNT-5在水化反應(yīng)過(guò)程中生成了更多的水化產(chǎn)物，水化產(chǎn)物的增多能夠提高材料的密實(shí)度 和抗?jié)B能力，使材料的耐久性能得到提升。
[0063] 水泥基材料是一種多孔隙的材料，而孔隙率的大小和各種孔級(jí)的孔隙率會(huì)對(duì)水泥 基材料的宏觀力學(xué)性能和耐久性能產(chǎn)生不同的影響。因此有必要研究本發(fā)明水泥基材料孔 隙結(jié)構(gòu)的影響。目前水銀壓入法是較為常用的測(cè)孔方法，它的高壓測(cè)控儀可以測(cè)25埃到11 微米的開(kāi)孔，而低壓測(cè)孔法能測(cè)11到750微米的大孔，因此本文將用Aut〇p〇reIV9500壓汞 儀測(cè)量水泥基材料的孔隙率和孔徑分布，同時(shí)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
[0064] 首先將做完抗壓強(qiáng)度測(cè)試的試件進(jìn)行中心部位取樣，然后分別放置在無(wú)水乙醇中 浸泡三天（并在期間不斷更換無(wú)水乙醇以保證水分的充分吸收），浸泡之后置于烘箱中烘 干，最后取出樣品進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)，并分別在低壓和高壓狀態(tài)下進(jìn)行孔隙率測(cè)試。
[0065] 表8孔徑分布表及孔隙率
[0066]
[0067]由上表總結(jié)得出：摻入了以納米硅膠作為分散劑的碳納米管分散液制備的CNT-3 和CNT-4的孔隙率相比Control-1都有一定程度的降低，水泥基的孔徑分布情況也得到大 大改善，多害孔明顯減少。說(shuō)明本發(fā)明能夠很好的分散碳納米管和改善碳納米管和水泥基 體界面過(guò)渡區(qū)的缺陷。因?yàn)闆](méi)有發(fā)生團(tuán)聚的那部分碳納米管會(huì)以納米填充的作用填充水泥 基體的孔隙，并把多害孔填充縮小為無(wú)害孔和少害孔；附著在碳納米管表面的納米硅膠和 水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，增強(qiáng)了碳納米管和水泥基體的粘結(jié)?？紫堵实慕档陀欣谔岣卟牧系?密實(shí)度和抗?jié)B能力，對(duì)提高材料的耐久性能具有重要的意義，從而也有利于實(shí)現(xiàn)碳納米管 水泥基復(fù)合材料在現(xiàn)實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳納米管分散液的制備方法，其特征在于，把納米硅膠作為分散劑，將其和碳納 米管在容器中混合，然后在磁力攪拌器中攪拌，最后在超聲分散設(shè)備中進(jìn)行超聲分散。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的納米硅膠按質(zhì)量百分比，納米 二氧化娃的含量為2%至12%，其余為水。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在碳納米管分散液中，按質(zhì)量份，納 米硅膠的含量為100份，碳納米管的含量為0. 04至1份。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，在碳納米管分散液中，按質(zhì)量份，納 米硅膠的含量為100份，碳納米管的含量為0. 048至0. 098份。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在超聲分散設(shè)備中進(jìn)行超聲分散消 耗的能量為l〇〇〇J/ml-1500J/ml。6. -種碳納米管水泥基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在水泥膠凝材料中摻入權(quán) 利要求1至5中任一權(quán)利要求所述制備方法得到的碳納米管分散液，按質(zhì)量份，水泥膠凝材 料的含量為100份，碳納米管分散液的含量為40至45份。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種碳納米管分散液和碳納米管水泥基復(fù)合材料的制備方法。碳納米管水泥基復(fù)合材料的制備方法，在水泥膠凝材料中摻入碳納米管分散液，按質(zhì)量份，水泥膠凝材料的含量為100份，碳納米管分散液的含量為40-45份。碳納米管分散液的制備過(guò)程是把納米硅膠作為分散劑，將其和碳納米管在容器中混合，然后在磁力攪拌器中攪拌，最后在超聲分散設(shè)備中進(jìn)行超聲分散。本發(fā)明的碳納米管分散液中分散良好的納米硅膠顆粒能夠通過(guò)自身的溶解性增強(qiáng)碳納米管的分散性；另一方面，黏附在碳納米管表面的納米顆粒能夠有效阻止碳納米管產(chǎn)生團(tuán)聚。由本發(fā)明制備的碳納米管水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐久性能夠得到較顯著的提高。
【IPC分類(lèi)】C04B28/00, B01F13/10, B01F3/12, C04B22/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105268339
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510685563
【發(fā)明人】李偉文, 劉頤, 紀(jì)偉明, 邢鋒
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年10月20日