确定表面活性剂符合混凝土为了实现最大可能的微碳纳米管分散在保持纯混凝土属性

文摘

兼容新的表面活性剂组合提出了具体配方,以避免不必要的气泡在混合过程中没有创建消泡器,实现统一和最大可能的微碳纳米管分散在水中(热合),随后在混凝土。为了实现这一目标,定义了三个步骤:(1)混凝土是由不同类型和数量的表面活性剂包含固定数量的热合(0.05 wt %)和气泡消除与适当的消泡剂。(2)找到一位合适的表面活性剂与混凝土成分和消除不必要的气泡在缺乏一个共同的消泡器的根本重要性显著提高混凝土力学性能。在这一步中,结果表明,polycarboxylate强塑剂(SP-C)(作为一个兼容的表面活性剂)分散热合比SDS / DTAB但不必要的气泡被移除,所以混合消泡器可以省略的过程。(3)为了解决这个问题,一个新的兼容的表面活性剂成分是发达国家和不同比例的表面活性剂进行了测试和评估通过上面提到的性能标准。结果表明,新的表面活性剂成分(SDS和SP-C)可以更有效地分散热合约24%比其他表面活性剂的组成部分。

1。介绍

近年来,胶结复合材料的使用导致了建筑和运输行业的显著改善(1]。自抗拉强度、弹性模量和热导电性的热合远远优于普通纤维,他们得到了太多的关注在胶结复合材料的制备2- - - - - -4]。有效和统一的挑战碳管的分散混合的自然倾向是由于集聚的热合和高表面活性5,6]。虽然有效的分散问题热合混凝土混合物的研究在许多研究中,有一些困难实现的有效分散热合[1]。由于水在准备中扮演着重要的角色与热合胶结材料钢筋,一个方便的解决方案使胶结材料包含碳管在水中均匀分散热合之前他们结合水泥(7]。最常见的一种机械的方法分散碳管在水中是使用超声波设备。超声波法是不够的在水中均匀分散热合[7),但它可以作为补充化学法(8]。使用最广泛的方法之一,有效的碳管在水中分散是使用表面活性剂,这样问团聚体的形成是预防和碳管均匀分散在水里(1,7]。这种共价方法非常简单,经典用来驱散有机和无机粒子在水的解决方案9]。表面活性剂的浓度和类型的交互与它扮演着一个重要的角色在经典胶体的相行为(10)以及碳纳米管(11,12]。基本上,表面活性剂由于静电和立体排斥力量防止问团聚体的形成(13]。在这方面,研究人员试图提高碳管的分散在水中使用不同的表面活性剂材料包括钠进行(NaDDBS),钠脱氧胆酸盐(NaDC),特里同x - 100(共同)、阿拉伯树胶(AG)和cetyltrimethylammonium溴铵(CTAB) [14]。他们得出的结论是,NaDDBS和共同的混合比3:1,分别按重量的水泥和0.02克每毫升的浓度表现出最佳的分散能力(15,16]。在水里,为了减少问综合趋势,离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS) (17- - - - - -19)和十二烷基苯磺酸钠(NaDDBS) [20.,21),是常用的。NaDDBS的分散效率高22]和更好的效率Dowfax表面活性剂(阴离子alkyldiphenyl-oxide disulfonate) NaDDBS收费的两倍和dibenzene组(20.)主要是沿着表面活性剂由于苯环。同时,气溶胶OS表面活性剂(diisopropylnaphthalene磺酸钠)显示更高分数的个人管相比,获得的结果与NaDDBS Dowfax表面活性剂,经紫外可见光谱分析(20.]。·沙里夫等进行的另一项研究中,他们使用SDS和dodecyltrimethylammonium溴化(DTAB)的混合比9:1,分别按重量浓度的水泥和8更易与L为了驱散碳管在水中。他们称这种组合的最佳组合分散碳管在水中比其他表面活性剂(23,24]。应该注意的是,表面活性剂产生泡沫时混凝土可能导致水泥水化和混凝土强度的问题。因此,热合被分散在水不足以促进混凝土性能的影响,表面活性剂的性质和胶结材料的稳定性应该检查(16]。在这方面,研究人员发现,过量的NaDDBS和共同/ SDS混合水泥的水化产生负面影响,可能会引起更多的空气被困在混凝土7,25]。主要添加剂兼容混凝土和用作表面活性剂分散过程中碳管在水中是减添加剂、增塑剂,polycarboxylate强塑剂能够促进碳管的分散均匀,防止不必要的孔隙水泥浆和随后在混凝土25]。研究表明,使用超声波法,少量的碳管可以分散在水中含有5 wt %强塑剂(7]。沙阿等人实现了高效的碳管分散各种长度和浓度胶结材料采用polycarboxylate-based强塑剂(8,26]。同时,韩寒等人报道,有效的分散热合通过强塑剂可以分配给他们的热合double-dispersion影响/ cnf(纳米碳纤维)和水泥颗粒27]。在这篇文章中,各种表面活性剂的影响对碳管在水中的分散和混凝土性能研究。新组合作为表面活性剂与混凝土提出了兼容,并提供最好的碳管分散而混凝土力学性能保持不变。这也将有助于制造混凝土力学性能相同的传感器作为普通混凝土和将导致混凝土铸件传感器,可以评估结构和普通混凝土的力学性能。

计算最优数量的新的表面活性剂成分利用紫外可见光谱法和比浊法测量色散热合在水相的质量。混凝土的力学性能如抗压和抗弯强度被选为具体的绩效标准说明热合色散的影响质量和表面活性剂相互作用的具体成分和水化过程相比素混凝土。

2。材料和方法

2.1。材料

在这项研究中,微碳纳米管(MWCNT)从研究所获得的石油工业(RIPI)使用;它们的属性表1。为了评估不同的表面活性剂对色散的影响质量的碳管在水相,碳管的假定常数为0.05 wt %的价值是用在许多先前的研究准备智能混凝土(28]。使用混合设计如表所示2。II型硅酸盐水泥是来自Abyek水泥公司。为了驱散热合的混合物,不同的表面活性剂(表使用3)。同时,0.02 wt %磷酸三丁酯由Sigma-Aldrich co .)被用作消泡剂。深棕色的解决方案的polycarboxylate-based强塑剂(Sarapush建筑化工制造)36%固体含量和密度为1.1克/厘米³用于和易性的目的。SP-C由一个methoxy-polyethylene乙二醇共聚物(侧链)与甲基丙烯酸接枝共聚物(主链)。羧酸盐组-COO-Na⁺在水中解离,沿着SP-C骨干提供一个负电荷。

2.2。方法

SDS / MWCNT和NaDDBS / MWCNT的解决方案是由混合0.05 wt %热合单个表面活性剂水溶液的浓度为2.254和4.88 (gr /毫升),分别。还混合物NaDDBS / tx - 100和SDS / DTAB浓度8.896和2.524 (gr /毫升),分别是准备。然后0.05 wt %热合被添加到每个混合解决方案。所有的解决方案都是用电磁搅拌器搅拌10分钟(模型、WIFESTEER MSH-20B),然后用130分钟与一组超声波清洁(模型NISONIX 3000)平均功率为275 W。温度控制在声波降解法,以防止气候变暖的解决方案。随后,解决方案在8000转离心10分钟把更大的集群。结果表明,上层清液离心后沉淀分离阶段。24小时休息后,碳解决方案的描述(见图1)。紫外可见吸收光谱记录用日本岛津公司- 2100紫外可见分光光度计(模型、日本)和一对匹配的玻璃比色皿,1厘米的光学路径长度,放置在一个恒温器电池座。

最后的样本与纯水稀释至原来的三倍体积减少的原始黑暗紫外可见测试的解决方案。鉴于热合的吸收光谱在500 - 700纳米波长范围、紫外测试可以用来评估碳管的分散在水里(9,13]。紫外线测试了从0到5的最大价值是指分散质量的最大和最小值意味着分散质量很低。紫外线测试进行的波长650 nm。最后,结果从紫外可见测试和比浊法的过程测量透射光强度的损失由于粒子悬浮在它的散射效果比较确定最佳表面活性剂热合的统一和有效的分散在水相。

水泥的混合物添加到水和热合在高速混合机(3600 rpm, Pars-Khazar有限公司)均匀混合。将骨料添加到混合机后,混凝土放置在preoiled模具(图2),通过运用适当的振动,任何可能被困的空气被释放了。混凝土标本从模具中取出在水24小时后和治愈25°C 28天(30.]。6标本进行抗压测试(5×5×5厘米³)和弯曲(4×4×16厘米³)强调按照ASTM C39和ASTM C78标准,分别为(31日,32]。SEM图像的捕获与蔡司上™40场发射扫描电子显微镜(FESEM)也被用来评估分散热合的混凝土的质量。

3所示。结果与讨论

碳管的分散度水媒体调查使用的紫外可见光谱分散体(33]。个性化热合活跃在紫外可见区域和展览特点带对应于额外吸收由于1 d范霍夫奇点(23,34]。然而,捆绑热合几乎活跃在200至1200纳米波长区域(34]。因此,它是重要的比较大量的单独分散热合溶液中通过吸收强度。

步骤1。水热合分散使用不同系统的紫外可见光谱图所示3。根据图3,获得的最大吸光度是SDS / DTAB混合物,表明高分散的热合。碳管的分散与SDS、NaDDBS TX_100 / NaDDBS解决方案相比是低SDS / DTAB混合物。因此,通过混合阴离子和阳离子表面活性剂,可以实现更高的碳管分散在表面活性剂浓度较低。此外,所有其他参数,如声波降解法时间和力量和热合内容在测试期间保持不变。记得,解决方案是稀释3倍原来的体积与纯水实现高分辨率光谱。因此,绝对的吸光度值高于结果如图3,但相对来说,这些结果是可靠的。根据测试程序,没有表面活性剂的解决方案是不稳定和热合完全离心后沉淀,因此,稀释步骤后,吸光度的结果是接近于零。

结果表明,当水的混合物,热合,分散和表面活性剂材料用于制造混凝土,混凝土的力学性能严重降低是由于产生的泡沫混凝土搅拌过程中表面活性剂。图4说明了不使用消泡剂在混凝土搅拌的影响。

在这种情况下,消泡剂,磷酸三丁酯,可以用来解决这个问题。到目前为止,消泡剂的确切机制还不清楚(35]。然而,消泡剂是他们的一般功能破坏泡沫液体薄膜的稳定性,增加液体的速度排水,从而增强泡沫破坏(36]。哈尔和Banthia发现甲基纤维素(一种引气效果,增加孔隙度)和磷酸三丁酯消泡剂(有能力减少孔隙度)导致无效的内容变化的阶段(37]。

图5说明了用磷酸三丁酯消泡剂的影响(0.02 wt %)在混凝土搅拌过程中用作表面活性剂SDS。

比较SEM显微图(数字4和5)表明,消除消泡剂在混凝土搅拌过程中导致很多不必要的气泡可能会降低混凝土的力学性能。也可以观察到气泡减少可以促进碳管分散均匀的混凝土混合物。混凝土的抗压和抗弯测试结果标本含有0.05 wt %热合和0.02 wt %消泡器数据中所示6和7。

我们可以看到数据6和7混凝土钢筋的力学性能与0.05 wt %热合和包含不同类型的表面活性剂以及0.02 wt %消泡器增强对素混凝土,碳管的分散质量增加。最大压应力和弯曲应力与SDS和DTAB表面活性剂组成的混合比9:1提高了60.3%和51.2%,分别对普通混凝土(没有热合)。因此,很明显的结合SDS / DTAB导致最好的分散能力。

步骤2。另一种方法来解决这个问题的气泡在混凝土搅拌过程中不使用消泡器是使用表面活性剂与混凝土兼容。这里提出的一个方法是使用化合物,减少所需的水混合物如增塑剂和强塑剂(27,29日,38]。在这项研究中,不同数量的polycarboxylate-based强塑剂被用来分散碳管在水中。的紫外可见光谱使用不同浓度的水问分散polycarboxylate测量,以确定其最优浓度()。如图8,SP-C浓度的增加0.5 wt %的浓度会导致吸光度的增加强度;然而,在SP-C浓度进一步增加导致吸光度降低强度。因此,的价值对于SP-C确定为0.5 wt %。因此,假设最SP-C悬浮液吸附到碳管的表面。在SP-C浓度高于进一步增加导致浪费材料和可能导致不希望的结果。由于新的表面活性剂(强塑剂)与混凝土和兼容不需要使用消泡剂,不必要的气泡少,如图9。然而,紫外可见检测结果表明,分散的力量DTAB / SDS混合比强塑剂的高。如图9黑环,分散质量的碳管分散强塑剂是不合适的,有聚集的热合在混凝土。

步骤3。根据结果呈现在图3,SDS + DTAB的组合(9 SDS + 1 DTAB)产生温和的结果在微分散碳纳米管比SDS孤单。以最小化的成本将使用新的表面活性剂组合在大量制造智能混凝土的过程中,因为SDS之间的比例和DTAB也是挑战当这个表面活性剂结合SP-C, SDS被替换的SDS + DTAB促进SP-C表面活性剂的效果。因此,为了获得高分散能力,分散的力量SP-C / SDS混合物作为新的表面活性剂成分检查。比较分散的权力SP-C / SDS混合,水热合分散体的紫外可见光谱对不同比例的SP-C / SDS混合物测量。如图10,减少比率SP-C / SDS水溶液,特征波长的吸光度高值区域变化,表明单独分散热合的数量增加。因此,根据我们的实验结果,获得的最大色散的比率5 SP-C / SDS混合物。结果表明,这两种表面活性剂的组合可以开发的新组合可以在水相分散热合远高于每一个单独与相同的剂量。这两种表面活性剂的协同效应是由于吸引这些表面活性剂分子之间的相互作用当碳管分散在水中13,20.]。

评估新的表面活性剂成分的影响混凝土的力学性能,6个标本(5×5×5厘米³)是捏造的,养护28天之后,他们根据ASTM C39标准进行测试。结果表明,混凝土的抗压强度随−10% + 33%的普通混凝土抗压强度(30 MPa)的比率SP-C SDS下降(图10)。由于泡沫形成的混凝土的数量是随着SDS的数量增加,增加,反过来,会导致混凝土的力学性能的下降。因此,考虑混凝土的目的包含热合,SP-C / SDS的最佳比率应该担心。如果目标是使混凝土的最大力量,SP-C / SDS的比率等于12建议,但如果目标是使混凝土包含最多的说法热合,SP-C / SDS等于5的比例可能会建议。SP-C / SDS等于9的比例建议在进行混凝土与普通混凝土相似属性(没有热合)。

为了比较碳管的分散,浊度的测量胶体稳定分散热合解决方案包含纯表面活性剂,强塑剂,和混合物的DTAB / SDS NaDDBS / tx - 100和SP-C / SDS。所有系统的紫外和浊度结果如图所示11和表4。

从图可以看出11混合物强塑剂的组合和SDS混合比为9:1,分别由水泥重量比其他系统展示最好的分散能力。

4所示。结论

本文介绍了SDS和强塑剂作为一种新型表面活性剂组成为了有效地分散热合在水相而钢筋混凝土的力学性能与普通混凝土的相似。另外,从这项研究中可以得出以下结论:(1)混凝土的力学性能与使用消泡剂和改进的碳管数量保持不变(0.05 wt %),包含热合的混凝土的抗压和抗弯强度提高60.3%和51.2%,分别对普通混凝土。(2)省略磷酸三丁酯作为消泡器,产生一些泡沫混凝土由于SDS存在兼容的表面活性剂组成,这导致减少混凝土的力学性能对混凝土与消泡剂。然后,质量更高的SDS数量导致更高的分散在水相,但也更多余的空气泡沫混凝土和较高的混凝土力学性能降低。(3)强塑剂作为表面活性剂的最佳用量为0.5 wt %为了达到的最大碳管分散在水相的碳管数量为0.05 wt %。(4)SDS / DTAB或SP-C / SDS的结合导致碳管分散在水中时协同效应。(5)强塑剂和SDS混合比为9:1,水泥重量分别是建议在进行混凝土与普通混凝土相似的属性。(6)强塑剂和SDS混合比为12:1,水泥重量分别是建议在进行混凝土抗压强度较高的目标。(7)强塑剂和SDS混合比为5:1,分别是建议当最多的说法热合在水相是必需的。

相互竞争的利益

Mostafa Adresi代表其他作者确认没有任何已知的利益冲突与此相关刊物和没有重大的金融支持这项工作,可能会影响其结果。

确认

作者欣然承认支持的实验室团队Tarbiat Modares大学里他们的帮助来完成实验室测试和数据收集。

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