CN106810101A - 氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法，属于水泥添加剂技术领域。其方法首先是由石墨粉经强氧化剂氧化、抽滤、超声分散和反复洗涤得到的一种具有超高强度和柔韧性的纳米氧化石墨烯增强材料。再利用超声设备对纳米氧化石墨烯充分分散，然后再与水泥助磨剂其他组分混合均匀。氧化石墨烯增强型水泥助磨剂各组分的重量份分别如下：链烷醇胺7~10份，糖蜜10~22份，多元醇15~40份，多元羧酸共聚物4~8份，纳米氧化石墨烯3~9份，去离子水30~50份。本发明涉及的原料易得，制备工艺合理，产品性能优异，适合工业化生产，且显著提高了水泥的台式产量和各龄期的力学性能，在水泥的绿色制造应用领域具有重要的意义。

Description

氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯增强型水泥添加剂技术领域，具体涉及到一种纳米材料增强型水泥助磨剂及其制备方法，该水泥添加剂应用于在水泥生产时增加台式产量和提高水泥各龄期的强度的建筑材料技术领域。

背景技术

水泥混凝土是仍是当今世界最大宗的建筑材料。在水泥熟料的粉磨过程中，为了提高水泥台时产量和各龄期水泥强度，以及改善其流动性，添加少量不损害水泥性能的化学添加剂可以显著粉磨效率和降低粉磨能耗，改善物料的易磨性，减轻颗粒之间的团聚作用，消除微细颗粒球糊衬板现象，从而实现球磨机节能高产。因此，使用水泥化学添加剂具有较大的经济和社会效益以及良好的发展前景。

纳米氧化石墨烯是由石墨粉经强氧化剂氧化、抽滤、超声分散和反复洗涤得到的一种具有超高强度和柔韧性的纳米增强材料。其结构中含有羟基、羧基、环氧基等亲水性基团，容易形成纳米片层。通过对石墨的功能化改性，制备出功能化石墨烯纳米材料，在增强金属材料、有机无机复合材料、催化材料等方面表现出巨大的潜力。因此，利用纳米氧化石墨烯材料增强水泥材料将有很大的应用前景。

发明内容

本发明目的在于提供一种能显著提高水泥台时和强度的水泥添加剂，该添加剂配比合理，助磨和增强效果显著，与混凝土外加剂相容性良好的液态水泥添加剂，本发明的另一目的是提供上述水泥添加剂的制备方法。

本发明的技术方案为：一种氧化石墨烯增强型水泥助磨剂，其特征在于由链烷醇胺、多元醇、糖蜜、元羧酸共聚物、纳米氧化石墨烯和去离子水组成。

各组分的质量分数为

链烷醇胺 7~10

多元醇 15~40

糖蜜 10~22

多元羧酸共聚物 4~8

纳米氧化石墨烯 3~9

去离子水 30~50

所述的链烷醇胺是三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺或单乙醇二异丙醇胺。

所述多元醇是乙二醇，丙三醇或二乙二醇。

所述多元羧酸共聚物，它是通过单体组分共聚制得的，所述单体组分包括不饱和单体异戊烯醇聚氧乙烯醚或异丁烯醇聚氧乙烯醚，不饱和一元羧酸单体丙烯酸或甲基丙烯酸和不饱和二元羧酸单体富马酸。

所述纳米氧化石墨烯是按照步骤一制备方法得到。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案是：

1. 氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一、氧化石墨烯的制备方法：

1）向四口烧瓶中按顺序依次加入1.5g硝酸钠、3g石墨粉和70ml浓硫酸，调节搅拌器转速至300r/min，在冰浴条件下，搅拌混合均匀后缓慢加入10g高锰酸钾，搅拌5min后，将反应装置移至35℃水浴中反应2h，缓慢加入150ml去离子水，升温至98℃反应2h，冷却后加入500ml去离子水，然后加入15ml30%的过氧化氢溶液，静置24h，经超声设备分散，离心过滤和反复洗涤，50℃烘干，即可得到稳定均匀的纳米氧化石墨烯材料。

所述的石墨粉为鳞片石墨粉，且其粒度不大于10μm。

步骤二、氧化石墨烯增强型助磨剂制备方法：

1）加入30~50质量分数的去离子水，然后再加入3~9的纳米氧化石墨烯，采用超声设备分散30min，然后依次加入4~8质量分数元羧酸共聚物、15~40质量分数的多元醇、10~22质量分数的糖蜜、7~10质量分数的链烷醇胺，30℃下搅拌至混合均匀，即得氧化石墨烯增强型水泥助磨剂成品。

所述的超声设备为功率不小于200W的超声细胞破碎仪。

本发明的有益效果和特点

1、 本发明可以有效地提高粉磨效率，最高可提高19%，同时能够有效地改善水泥颗粒级配，且水泥细度80μm筛余可减少40%。

2、 本发明为液态氧化石墨烯增强型助磨剂在不同温度下可长期存放，无分层沉淀。

3、 本发明氧化石墨烯增强型助磨剂应用范围广泛，可用于掺加不同混合材硅酸盐水泥。

4、 本发明组分中独特的加有质量分数为3~9的纳米氧化石墨烯，水泥胶砂3天抗压强度可提高6MPa左右，28天强度可提高8MPa左右。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下利用实施例进一步阐明本发明，但本发明内容不能认为限制发明的范围。

实施例1

按重量份配比称取原料，加入47份的去离子水，然后再加入9份的纳米氧化石墨烯，采用功率为300W的超声细胞破碎仪分散30min，然后依次加入8份的元羧酸共聚物、15份的丙三醇、11份的糖蜜、10份的三乙醇胺，30℃下搅拌至充分混合，即得到氧化石墨烯增强型水泥助磨剂成品。

实施例2

按重量份配比称取原料，加入50份的去离子水，然后再加入5份的纳米氧化石墨烯，采用功率为300W的超声细胞破碎仪分散30min，然后依次加入6份的元羧酸共聚物、15份的丙三醇、14份的糖蜜、10份的三乙醇胺，30℃下搅拌至充分混合，即得到氧化石墨烯增强型水泥助磨剂成品。

实施例3

按重量份配比称取原料，加入47份的去离子水，然后再加入9份的纳米氧化石墨烯，采用功率为300W的超声细胞破碎仪分散30min，然后依次加入8份的元羧酸共聚物、15份的二乙二醇、11份的糖蜜、10份的二乙醇单异丙醇胺，30℃下搅拌至充分混合，即得到氧化石墨烯增强型水泥助磨剂成品。

实施例4

按重量份配比称取原料，加入50份的去离子水，然后再加入5份的纳米氧化石墨烯，采用功率为300W的超声细胞破碎仪分散30min，然后依次加入6份的元羧酸共聚物、15份的二乙二醇、14份的糖蜜、10份的二乙醇单异丙醇胺，30℃下搅拌至充分混合，即得到氧化石墨烯增强型水泥助磨剂成品。

具体应用：

按重量份配比称取原料，将硅酸盐水泥熟料65份、粉煤灰10份、矿渣8份、石子11份二水石膏6份、配成混合料，采用标准试验小磨粉磨25min，为空白样，记为L0。混合料各组分的化学分析见表1。

。

按所述混合料配比，分别添加0.1%实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的本发明产品，采用标准试验小磨粉磨25min，为对比样，分别记为L1、L2、L3和L4。

对本专利产品进行水泥主要物理性能试验，结果如表2所示:

通过上述数据可以看出本发明的纳米氧化石墨烯增强型水泥助磨剂具有粉磨效率高、显著提高早期及后期强度的特点。

Claims (8)

1.氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一、氧化石墨烯的制备方法：

1）向四口烧瓶中按顺序依次加入1.5g硝酸钠、3g石墨粉和70ml浓硫酸，调节搅拌器转速至300r/min，在冰浴条件下，搅拌混合均匀后缓慢加入10g高锰酸钾，搅拌5min后，将反应装置移至35℃水浴中反应2h，缓慢加入150ml去离子水，升温至98℃反应2h，冷却后加入500ml去离子水，然后加入15ml30%的过氧化氢溶液，静置24h，经超声设备分散，离心过滤和反复洗涤，50℃烘干，即可得到稳定均匀的纳米氧化石墨烯材料。

2.步骤二、氧化石墨烯增强型助磨剂制备方法：

1）加入30~50质量分数的去离子水，然后再加入3~9的纳米氧化石墨烯，采用超声设备分散30min，然后依次加入4~8质量分数多元羧酸共聚物、15~40质量分数的多元醇、10~22质量分数的糖蜜、7~10质量分数的链烷醇胺，30℃下搅拌至混合均匀，即得氧化石墨烯增强型水泥助磨剂成品。

3.根据权利要求1 所述的氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：所述的石墨粉为鳞片石墨粉，且其粒度不大于10μm。

4.根据权利要求1 所述的氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：所述的超声设备为功率不小于200W的超声细胞破碎仪。

5.根据权利要求1 所述的氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：所述的链烷醇胺是三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺或单乙醇二异丙醇胺。

6.根据权利要求1 所述的氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：所述多元醇是乙二醇，丙三醇或二乙二醇。

7.根据权利要求1 所述的氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：所述多元羧酸共聚物是通过单体组分共聚制得的，所述单体组分包括不饱和单体异戊烯醇聚氧乙烯醚或异丁烯醇聚氧乙烯醚，不饱和一元羧酸单体丙烯酸或甲基丙烯酸和不饱和二元羧酸单体富马酸。

8.根据权利要求1 所述的氧化石墨烯增强型水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：所述纳米氧化石墨烯是按照步骤一制备方法得到。