一种纳米碳点改性混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，特别是涉及一种纳米碳点改性混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.混凝土是现代基础设施建设中使用最广泛及用量最大的建筑材料，随着其应用领域的不断扩展和工程环境的复杂性和多样性，对混凝土材料的性能要求也不断提高，其中强度是衡量混凝土性能最基本也最主要的一项指标。
3.利用纳米材料作为改性材料，可有效改善和提高混凝土的强度、抗渗性及耐久性等性能。但是，现有的纳米材料在应用中仍存在不足之处：现有纳米材料的比表面积和比表面能很大，会增大混凝土成型过程的需水量；一些纳米颗粒在水中的分散性不好，在水泥基材料中容易出现团聚现象，使混凝土局部产生性能薄弱区。
4.中国专利202010820852.0公开了一种高强度白色混凝土，其公开了采用氯钯酸钠和碳量子点，其中氯钯酸钠吸收大量的热，延缓白色硅酸盐水泥的放热速率，降低混凝土内部与外部的温度梯度，防止白色硅酸盐水泥的早期开裂；同时氯钯酸钠与碳量子点形成协同作用，氯钯酸钠的金属阳离子接枝在碳量子点上，抑制冰核的产生。由此可见，该专利提高混凝土的制备工艺仅适用于白色混凝土，对于普通混凝土而言，由于氯钯酸钠接枝碳量子点减少了成核位点，将会延迟混凝土的水化时间，降低普通混凝土的密实度和强度。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于避免现有技术不足之处而提供一种纳米碳点改性混凝土，该混凝土具有水化速度快、水化均匀和强度好的优点。
6.本发明的目的之二在于提供一种纳米碳点改性混凝土的制备方法。
7.本发明的目的之一通过以下技术方案实现：
8.提供一种纳米碳点改性混凝土，由以下原料组成，
9.硅酸盐水泥70-110份，水40-80份，河砂60-100份，骨料270-400份，粉煤灰10-15份，矿粉10-20份，硅灰10-20份，二氧化硅1-3份，纳米碳点1-5份，减水剂1-3份。
10.上述原料中：硅酸盐水泥、水、河砂、骨料、粉煤灰、矿粉、硅灰、二氧化硅和减水剂作为混凝土的基础组分，纳米碳点作为结构调控剂，其中纳米碳点作为纳米改性材料加入水泥基材料中，由于碳点表面具有较多修饰位点，碳点良好的水溶性及分散性可使其均匀分散在水泥基材料中，而碳点在水泥基材料的水化过程中可以作为晶核，为水化产物的生长提供大量的成核位点，并有效控制ch晶体的粒径，促进水泥水化，形成更多的c-s-h凝胶，提高混凝土微观结构的密实度，从而提高混凝土的抗压强度。由于该混凝土原料没有大量的金属阳离子，碳点能有效提供成核位点，提高混凝土水化速度、水化均匀度，进而提高混凝土的强度。
11.在一些实施方式中，硅酸盐水泥80-100份，水60-70份，河砂70-80份，骨料350-400
份，粉煤灰12-13份，矿粉15-18份，硅灰15-20份，二氧化硅2-3份，纳米碳点2-4份，减水剂2-3份。
12.在一些实施方式中，所述二氧化硅是微米级二氧化硅。微米级二氧化硅提高了混凝土的混料均匀度。
13.在一些实施方式中，所述减水剂是木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种或任意两种以上的组合。
14.本发明的一种纳米碳点改性混凝土有益效果：
15.(1)本发明利用碳点作为结构调控剂调节水泥水化产物，可以有效控制水泥水化过程产生的ch的晶体粒径，产生均匀稳定的水化产物c-s-h，同时碳点具有很好的水溶性和分散性，可有效促进水泥水化。
16.(2)本发明由硅酸盐水泥、水，河砂、骨料、粉煤灰、矿粉、硅灰、二氧化硅、纳米碳点和减水剂组成，不含大量的金属阳子，不但环保成本低，且不会影响碳点成核位点。
17.(3)本发明的混凝土各原料来源广泛，成本低，适合大规模生产应用。
18.本发明的目的之二通过以下技术方案实现：
19.提供上述的纳米碳点改性混凝土的制备方法，包括以下步骤，
20.s1、称取配方量的硅酸盐水泥、水、河砂、骨料、粉煤灰、矿粉、硅灰、二氧化硅、纳米碳点和减水剂；
21.s2、将硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰和二氧化硅加入搅拌机中搅拌均匀，得到混合物；将减水剂和纳米碳点溶于水中，充分溶解，得到混合液；
22.s3、将s2中的混合液加入到s2中的混合物中，在搅拌机中持续搅拌一定时间，将河砂和骨料加入到搅拌机中，充分搅拌，制得纳米碳点改性混凝土。
23.上述的制备方法中，先将碳点溶解在减水剂中，这样能进一步地提高了碳点的分散度，接着将分散的碳点与混凝土其他成分混合，即可实现碳点与其他混凝土的混合，该制备方法操作简单。
24.在一些实施方式中，所述s2中，硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰和二氧化硅在搅拌机中的搅拌时间是2min～5min。这样的搅拌时长较短，并且能保证搅拌效果。
25.在一些实施方式中，所述s3中，混合液与混合物在搅拌机中的持续时间是4min～10min。这样的搅拌时长较短，并且能保证搅拌效果。
26.本发明的一种纳米碳点改性混凝土的制备方法的有益效果：
27.本发明的制备方法通过将各组分搅拌混合，即可获得强度增强的混凝土，具有容易操作，适合于大规模生产应用的优点。
具体实施方式
28.结合以下实施例对本发明作进一步描述。
29.实施例1
30.本实施例公开的一种纳米碳点改性混凝土，由以下原料组成，
31.硅酸盐水泥70份，水40份，河砂60份，骨料300份，粉煤灰10份，矿粉10-份，硅灰10份，二氧化硅1份，纳米碳点1份，减水剂1份。
32.上述纳米碳点改性混凝土的效果：利用碳点的纳米改性作用可以有效促进水泥水
化进程，提高混凝土的抗压强度。
33.本实施例中，所述二氧化硅是微米级二氧化硅。
34.本实施例中，所述减水剂是木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种或任意两种以上的组合。
35.上述的纳米碳点改性混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
36.s1、称取配方量的硅酸盐水泥、水、骨料、粉煤灰、矿粉、硅灰、二氧化硅、纳米碳点和减水剂；
37.s2、将硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰和二氧化硅加入搅拌机中搅拌均匀，得到混合物；将减水剂和纳米碳点溶于水中，充分溶解，得到混合液；
38.s3、将s2中的混合液加入到s2中的混合物中，在搅拌机中持续搅拌一定时间，将河砂和骨料加入到搅拌机中，充分搅拌，制得纳米碳点改性混凝土。
39.本实施例中，所述s2中，硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰和二氧化硅在搅拌机中的搅拌时间是2min。
40.本实施例中，所述s3中，混合液与混合物在搅拌机中的持续时间是10min。
41.实施例2
42.本实施例公开的一种纳米碳点改性混凝土，由以下原料组成，
43.硅酸盐水泥80份，水80份，河砂100份，骨料400份，粉煤灰12份，矿粉15份，硅灰15份，二氧化硅2份，纳米碳点4份，减水剂2份。
44.上述纳米碳点改性混凝土的效果：利用碳点的纳米改性作用可以有效促进水泥水化进程，提高混凝土的抗压强度。
45.本实施例中，所述二氧化硅是微米级二氧化硅。
46.本实施例中，所述减水剂是木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种或任意两种以上的组合。
47.上述的纳米碳点改性混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
48.s1、称取配方量的硅酸盐水泥、水、骨料、粉煤灰、矿粉、硅灰、二氧化硅、纳米碳点和减水剂；
49.s2、将硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰和二氧化硅加入搅拌机中搅拌均匀，得到混合物；将减水剂和纳米碳点溶于水中，充分溶解，得到混合液；
50.s3、将s2中的混合液加入到s2中的混合物中，在搅拌机中持续搅拌一定时间，将河砂和骨料加入到搅拌机中，充分搅拌，制得纳米碳点改性混凝土。
51.本实施例中，所述s2中，硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰和二氧化硅在搅拌机中的搅拌时间是3min。
52.本实施例中，所述s3中，混合液与混合物在搅拌机中的持续时间6min。
53.实施例3
54.本实施例公开的一种纳米碳点改性混凝土，由以下原料组成，
55.硅酸盐水泥110份，水50份，河砂70份，骨料270份，粉煤灰15份，矿粉20份，硅灰20份，二氧化硅3份，纳米碳点5份，减水剂3份。
56.上述纳米碳点改性混凝土的效果：利用碳点的纳米改性作用可以有效促进水泥水化进程，提高混凝土的抗压强度。
57.本实施例中，所述二氧化硅是微米级二氧化硅。
58.本实施例中，所述减水剂是木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种或任意两种以上的组合。
59.上述的纳米碳点改性混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
60.s1、称取配方量的硅酸盐水泥、水、骨料、粉煤灰、矿粉、硅灰、二氧化硅、纳米碳点和减水剂；
61.s2、将硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰和二氧化硅加入搅拌机中搅拌均匀，得到混合物；将减水剂和纳米碳点溶于水中，充分溶解，得到混合液；
62.s3、将s2中的混合液加入到s2中的混合物中，在搅拌机中持续搅拌一定时间，将河砂和骨料加入到搅拌机中，充分搅拌，制得纳米碳点改性混凝土。
63.本实施例中，所述s2中，硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰和二氧化硅在搅拌机中的搅拌时间是5min。
64.本实施例中，所述s3中，混合液与混合物在搅拌机中的持续时间是10min。
65.性能检测
66.1.本发明混凝土强度的测试
67.按照本发明的制备方法，按表1所示的原料来制得混凝土。
68.表1
[0069][0070]
将试验1～8所得的混凝土制作混凝土试块，尺寸为100mm
×
100mm
×
100mm，进行蒸氧和蒸压养护，并根据《混凝土物理力学性能试验方法标准》gb/t50081-2019进行抗压强度测试，结果见表2。
[0071]
表2
[0072][0073][0074]
根据表2可见，试验1～4之间用料区别在于碳点用量逐渐增加，随着碳点的增加，混凝土砖的抗压强度逐渐递增，其中，没有添加碳点的试验1制得的混凝土砖的强度最低。试验5-8之间用料区别在于碳点量逐渐增加，其中，没有添加碳点的试验5混凝土砖的强度最低。由此可见，碳点能有效地提高混凝土砖的强度。
[0075]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。