技术领域
[0001] 本
发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种纳米材料改良
水泥基材料及其在高速公路中的应用。
背景技术
[0002] 近年来中国高速公路迅猛发展，为了提高
质量，提高使用年限，要求在支座锚固施工中采用耐久性更好的早强性无机
砂浆材料。
[0003] 但是高速公路的
桥梁支座大部分处于水位以下，受到水流的侵蚀，加之地质水文变化等其他环境因素影响以及车辆行驶产生的振动，
混凝土结构会出现损伤，尤其是由于膨胀效果的影响造成部分路面凸起，修复时不但增加路面成本，而且会对交通造成非常大的压
力。
[0004] 中国发明
专利CN101486545A公开了一种膨胀可控型超早强支座砂浆材料及其制备方法。该砂浆具有良好的流动性、
早期强度高、后期强度不倒缩、膨胀性能好等优点，但该砂浆材料采用的膨胀剂和砂料成本昂贵，采用的添加剂组分掺量高，大大增加了材料成本，且含有氯离子，对砂浆耐久性产生危害。
[0005] 为了进一步提高材料的耐
腐蚀性能尤其是对氯离子的耐受性能，本发明提供了一种纳米材料改良水泥基材料及其在高速公路中的应用。
发明内容
[0006] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种纳米材料改良水泥基材料及其在高速公路中的应用。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] 一种纳米材料改良水泥基材料, 由以下重量百分比的成分组成：
[0010] 博耐特 1-2%
[0011] 纳米材料改性剂 0.02-0.05%
[0013] 早强剂 0.2-0.5%
[0014] 膨胀剂 2-4%
[0015] 乳胶粉 5-8%
[0017] 甲基羟丙基
纤维素醚 0.1-0.2%
[0019] 优选的，所述的
硅酸盐水泥为水泥强度等级等于或者高于42.5的硅酸盐水泥。
[0020] 优选的，所述的纳米材料改性剂为
硼掺杂
石墨烯。
[0021] 优选的，所述的硼掺杂
石墨烯中，硼的掺杂量为1-1.5%。
[0022] 优选的，所述的减水剂为
萘磺酸盐减水剂；所述的早强剂为
甲酸钙，所述的膨胀剂为ZY型膨胀剂。
[0023] 优选的，所述的高纯铝粉中的铝含量高于99.9%。
[0024] 优选的，所述的骨料为粒径为1-3mm的细砂。
[0025] 优选的，所述的纳米材料改良水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026] A、取博耐特、纳米材料改性剂和博耐特3-5倍重量的硅酸盐水泥，混合后进行反复干磨，过800目筛，得到混合微粉；
[0027] B、将剩余的硅酸盐水泥、减水剂、早强剂、膨胀剂、乳胶粉、甲基羟丙基
纤维素醚和骨料准确称量后置于
搅拌机中，混合均匀；加入混合微粉，继续搅拌均匀；
[0028] C、在搅拌机中通入氮气，排除空气，然后迅速加入高纯铝粉，继续搅拌均匀，得到水泥基干料；
[0029] D、加入水泥基干料总重量20-40%的水，搅拌均匀后进行灌浆。
[0030] 本发明的纳米材料改良水泥基材料可以作为桥梁
支架灌浆料或者修复材料应用于高速公路中。
[0031] 本发明的有益之处在于：
[0032] 博耐特是基于六铝酸钙(CA6)矿物相的一种新型合成致密耐火骨料。CA6 具有以下主要性能：很高的耐火度；在含
铁熔渣中的
溶解度低；在还原气氛 (如一
氧化
碳)中的
稳定性高；在
碱性环境中的化学稳定性好；对熔融金属和熔渣的
润湿性低（
钢铁和有色金属）。
[0033] 博耐特作为骨料应用于耐火材料中从而提高耐火材料的
耐腐蚀性能已经得到广泛报道，但是博耐特的价格昂贵，但是将博耐特应用于公路材料中，而不是耐火材料中尚未见报道；本发明为了达到更好的高强防渗耐腐蚀的效果，不但加入了博耐特，而且为了进一步提高对氯离子的防渗效果，还加入了微量的纳米材料改性剂硼掺杂石墨烯，该改性剂可以将氯离子固定在博耐特的微孔结构中，使其无法进一步向材料内部渗透。
[0034] 综上所述，本发明的纳米材料改良水泥基材料，通过在材料中加入六铝酸钙（CA6）矿物相的一种新型合成致密耐火骨料博耐特，提升了水泥基材料的耐腐蚀性能，而为了进一步提高对氯离子的防渗效果，本发明还加入了微量的纳米材料改性剂硼掺杂石墨烯；本发明的纳米材料改良水泥基材料可以作为桥梁支架灌浆料或者修复材料应用于高速公路中。
具体实施方式
[0036] 一种纳米材料改良水泥基材料, 由以下重量百分比的成分组成：
[0037] 硅酸盐水泥 42%
[0038] 博耐特 1.5%
[0039] 纳米材料改性剂 0.03%
[0040] 减水剂 0.7%
[0041] 早强剂 0.4%
[0042] 膨胀剂 3.5%
[0043] 乳胶粉 7%
[0044] 高纯铝粉 0.3%
[0045] 甲基羟丙基纤维素醚 0.15%
[0046] 骨料 余量。
[0047] 所述的硅酸盐水泥为水泥强度等级等于或者高于42.5的硅酸盐水泥。
[0048] 所述的纳米材料改性剂为硼掺杂石墨烯；所述的硼掺杂石墨烯中，硼的掺杂量为1.25%。
[0049] 所述的减水剂为萘磺酸盐减水剂；所述的早强剂为甲酸钙，所述的膨胀剂为ZY型膨胀剂。
[0050] 所述的高纯铝粉中的铝含量高于99.9%。
[0051] 所述的骨料为粒径为1-3mm的细砂。
[0052] 所述的纳米材料改良水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
[0053] A、取博耐特、纳米材料改性剂和博耐特4倍重量的硅酸盐水泥，混合后进行反复干磨，过800目筛，得到混合微粉；
[0054] B、将剩余的硅酸盐水泥、减水剂、早强剂、膨胀剂、乳胶粉、甲基羟丙基纤维素醚和骨料准确称量后置于搅拌机中，混合均匀；加入混合微粉，继续搅拌均匀；
[0055] C、在搅拌机中通入氮气，排除空气，然后迅速加入高纯铝粉，继续搅拌均匀，得到水泥基干料；
[0056] D、加入水泥基干料总重量35%的水，搅拌均匀后进行灌浆。
[0057] 实施例2：
[0058] 一种纳米材料改良水泥基材料, 由以下重量百分比的成分组成：
[0059] 硅酸盐水泥 50%
[0060] 博耐特 1%
[0061] 纳米材料改性剂 0.05%
[0062] 减水剂 0.5%
[0063] 早强剂 0.5%
[0064] 膨胀剂 2%
[0065] 乳胶粉 8%
[0066] 高纯铝粉 0.2%
[0067] 甲基羟丙基纤维素醚 0.2%
[0068] 骨料 余量。
[0069] 所述的硅酸盐水泥为水泥强度等级等于或者高于42.5的硅酸盐水泥。
[0070] 所述的纳米材料改性剂为硼掺杂石墨烯；所述的硼掺杂石墨烯中，硼的掺杂量为1%。
[0071] 所述的减水剂为萘磺酸盐减水剂；所述的早强剂为甲酸钙，所述的膨胀剂为ZY型膨胀剂。
[0072] 所述的高纯铝粉中的铝含量高于99.9%。
[0073] 所述的骨料为粒径为1-3mm的细砂。
[0074] 所述的纳米材料改良水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
[0075] A、取博耐特、纳米材料改性剂和博耐特5倍重量的硅酸盐水泥，混合后进行反复干磨，过800目筛，得到混合微粉；
[0076] B、将剩余的硅酸盐水泥、减水剂、早强剂、膨胀剂、乳胶粉、甲基羟丙基纤维素醚和骨料准确称量后置于搅拌机中，混合均匀；加入混合微粉，继续搅拌均匀；
[0077] C、在搅拌机中通入氮气，排除空气，然后迅速加入高纯铝粉，继续搅拌均匀，得到水泥基干料；
[0078] D、加入水泥基干料总重量20%的水，搅拌均匀后进行灌浆。
[0079] 实施例3：
[0080] 一种纳米材料改良水泥基材料, 由以下重量百分比的成分组成：
[0081] 硅酸盐水泥 35%
[0082] 博耐特 2%
[0083] 纳米材料改性剂 0.02%
[0084] 减水剂 0.8%
[0085] 早强剂 0.2%
[0086] 膨胀剂 4%
[0087] 乳胶粉 5%
[0088] 高纯铝粉 0.5%
[0089] 甲基羟丙基纤维素醚 0.1%
[0090] 骨料 余量。
[0091] 所述的硅酸盐水泥为水泥强度等级等于或者高于42.5的硅酸盐水泥。
[0092] 所述的纳米材料改性剂为硼掺杂石墨烯；所述的硼掺杂石墨烯中，硼的掺杂量为1.5%。
[0093] 所述的减水剂为萘磺酸盐减水剂；所述的早强剂为甲酸钙，所述的膨胀剂为ZY型膨胀剂。
[0094] 所述的高纯铝粉中的铝含量高于99.9%。
[0095] 所述的骨料为粒径为1-3mm的细砂。
[0096] 所述的纳米材料改良水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
[0097] A、取博耐特、纳米材料改性剂和博耐特3倍重量的硅酸盐水泥，混合后进行反复干磨，过800目筛，得到混合微粉；
[0098] B、将剩余的硅酸盐水泥、减水剂、早强剂、膨胀剂、乳胶粉、甲基羟丙基纤维素醚和骨料准确称量后置于搅拌机中，混合均匀；加入混合微粉，继续搅拌均匀；
[0099] C、在搅拌机中通入氮气，排除空气，然后迅速加入高纯铝粉，继续搅拌均匀，得到水泥基干料；
[0100] D、加入水泥基干料总重量40%的水，搅拌均匀后进行灌浆。
[0101] 对比例1
[0102] 将实施例1中的博耐特去除，其余配比和制备方法不变。
[0103] 对比例2
[0104] 将实施例1中的硼掺杂石墨烯去除，其余配比和制备方法不变。
[0105] 对比例3
[0106] 将实施例1中的硼掺杂石墨烯去除，博耐特的比例提升至7.5%；其余配比和制备方法不变。
[0107] 对比例4
[0108] 将实施例1中的硼掺杂石墨烯替换为未掺杂硼的石墨烯；其余配比和制备方法不变。
[0109] 以下将实施例1-3和对比例1-4的水泥基材料样品作为桥梁支架灌浆料应用于高速公路中，并进行相关检测，得到相关检测数据。
[0110] 表1：桥梁支架灌浆料的物性检测数据；
[0111]
凝结时间/min 初始流动度/mm 1d抗压强度/MPa 3d抗压强度/MPa 28d抗压强度/MPa实施例1 157 341 29.5 52.8 81.5
实施例2 152 344 29.2 52.4 81.2
实施例3 155 347 29.4 52.3 81.3
对比例1 154 338 29.2 51.7 80.4
对比例2 157 340 29.5 52.7 81.7
对比例3 142 314 29.8 53.1 82.5
对比例4 157 341 29.4 52.8 81.5
[0112] 由以上检测数据可以知道，本发明的水泥基材料可以满足桥梁支架灌浆料的施工要求和强度要求。
[0113] 以下对水泥基材料样品的防氯离子渗透性能进行检测，具体的检测方法如下：将水泥基材料样品试
块在3.5%的
氯化钠溶液中浸泡180天后，试块不同深度的
水溶性氯离子浓度。
[0114] 表2：水泥基材料样品的防氯离子渗透性能检测数据；
[0115] 2mm 5mm 8mm 11mm 14mm
实施例1 0.127 0.058 0.015 0.001 0
实施例2 0.138 0.065 0.019 0.002 0
实施例3 0.129 0.059 0.015 0.001 0
对比例1 0.587 0.279 0.189 0.039 0.019
对比例2 0.348 0.212 0.088 0.025 0.013
对比例3 0.312 0.187 0.075 0.022 0.011
对比例4 0.287 0.153 0.062 0.019 0.009
[0116] 由以上测试数据可以知道，本发明中加入的硼掺杂石墨烯和博耐特具有协同效果，而硼掺杂石墨烯比常规的石墨烯防氯离子渗透效果要好很多。
[0117] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
