CN107056183B - 一种抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化石墨烯改性硅灰及其制备方法、抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土及其方法，所述抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土，每立方米混凝土中含有如下重量的组分：水泥150～350kg/m3，粉煤灰40～100kg/m3，粗骨料800～1300kg/m3，细集料500～700kg/m3，氧化石墨烯改性硅灰20～50kg/m3，减水剂0.5～8.0kg/m3，水105～175kg/m3。本发明首先通过静电自吸附的方法制备氧化石墨烯改性硅灰，通过这种方法可使氧化石墨烯均匀的包覆在硅灰颗粒的表面，再通过设计混凝土的配合比，将氧化石墨烯改性硅灰均匀的分散在混凝土中，研究表明，本发明制备的氧化石墨烯混凝土复合材料的力学性能、抗氯离子渗透性能有显著的提升，对于发展高性能和高功能化的水泥混凝土材料具有重要意义。

Description

一种抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及了一种抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料及其制备方法。
背景技术
混凝土是当今世界上应用最广泛的建筑材料，强度和耐久性是其两个重要指标，良好的耐久性是确保混凝土使用寿命和工程安全性的关键因素，因此越来越被人们所重视。随着经济的发展，海洋资源的开发越来越受到各国的重视，海洋环境下的混凝土建筑物也已越来越多。水泥混凝土是国内外海洋工程中使用的主要结构材料，由于混凝土结构损坏后不易修复，因此要求海洋工程混凝土具有良好的耐久性。然而，目前混凝土构件在腐蚀环境中的耐久性难以满足设计所预期的要求。海水中的可溶性盐类对混凝土的腐蚀作用是海洋环境中最重要的化学腐蚀之一，最主要的腐蚀破坏有两种：氯盐腐蚀和硫酸盐腐蚀。其中，氯离子是使得混凝土构件耐久性降低的一个主要因素。氯离子在混凝土内扩散，造成钢筋锈蚀，使得混凝土构件提早破坏。当然，不仅仅是在海水中的混凝土会受到盐类侵蚀，土壤中混凝土也同样会受到侵蚀破坏。
目前提高混凝土耐久性的方法主要是通过采用较低的水胶比，大量使用粉煤灰、矿渣和硅粉，改善硬化混凝土性能，进而提高混凝土的抗氯盐腐蚀性能，而忽视了对水泥水化过程形成的自身结构改变的研究。纳米材料作为一门新兴的并在迅速发展的材料科学，基于小尺寸效应对材料物理化学性质以及微观结构所产生的巨大影响而广泛应用于各个领域，成为当今材料科学领域研究的热点。氧化石墨烯(GO)是石墨的氧化产物，具有超高的强度和柔韧性，具有超大的比表面积，氧化石墨烯结构中含有羟基、羧基、环氧基等基团，容易形成纳米分散片层，将少量的石墨烯、氧化石墨烯添加到水泥基复合材料中，能够调控水泥水化晶体产物的形状，具有明显的增强增韧作用，能够显著提高水泥复合材料的力学性能、改善孔结构、提高抗氯离子渗透性能。硅灰的颗粒极细，是水泥粒径的1/50～1/100，是活性较高的混合材，硅灰的主要成分为无定形SiO2，二氧化硅具有物理和化学性质比较稳定，机械强度高，易于表面改性等优点，SiO2和Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，可以填充水泥之间的孔隙，从而提高混凝土强度和耐久性，但是随着硅灰添加量的增大，会使混凝土的流动度有明显降低，并且二氧化硅能够提高混凝土的早期强度，但对中后期强度的提高程度不大。而由氧化石墨烯改性的SiO2材料其性能优于单一SiO2材料制备的混凝土复合材料，其具有可变结构参数，并可以产生许多新的物理化学性能，可以更好的实现填充材料的优势互补，随着水泥基材料的高性能和高功能化的不断发展，将氧化石墨烯应用于水泥基材料中，使这一新兴科技与传统材料相结合，让水泥混凝土这一传统材料更加符合时代发展的需要。
中国发明专利申请(公开号CN201510167480.5)公开了一种石墨烯键合改性硅灰的制备方法，该发明以石墨烯和硅灰为原料，将石墨烯和硅灰分别进行化学改性，再通过化学反应得到石墨烯键合改性硅灰，但是该方法工艺复杂，在工业生产中有一定的局限性。中国发明专利申请(CN103193405A)公开了一种硅灰浆体材料，并将该浆体材料应用于混凝土的制备中，但是硅灰的添加量大，会使混凝土塑性收缩裂缝敏感性增加，混凝土容易开裂。中国发明专利申请(CN104058676A)公开了一种通过添加改性石墨烯制备高韧性混凝土的方法，所述改性石墨烯为表面带有羟基的水溶性石墨烯，其中羟基的含量为0.005％～0.012％。利用此改性石墨烯制得的高韧性混凝土在直接拉伸载荷或弯曲载荷作用下，显示出很好的应变硬化或变形硬化特性，但是此改性石墨烯的制备过程复杂，分散程度不高。目前，通过简单易行的方法将氧化石墨烯与硅灰复合，并将其应用于混凝土材料来提高混凝土的抗氯离子渗透性能的技术目前尚无研究。
发明内容
本发明的目的在于针对混凝土材料受氯盐腐蚀、耐久性不足这一问题，提供一种抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料。
本发明的另一目的是提供上述抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土的制备方法。利用氧化石墨烯超高的强度和柔韧性，超大的比表面积，以及结构中含有的羟基、羧基、环氧基等基团，通过静电吸附法制备氧化石墨烯改性硅灰，获得高强度、抗氯离子渗透性能好的氧化石墨烯/混凝土复合材料。
本发明的又一目的是提供了一种氧化石墨烯改性硅灰及其制备方法，其中，氧化石墨烯改性硅灰中所含氧化石墨烯分散均匀，所述制备方法简单易行。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
一种氧化石墨烯改性硅灰，包括如下组分，按重量份计：
氧化石墨烯1份、偶联剂3～8份、硅灰2-500份。
作为优选方案，上述的氧化石墨烯改性硅灰，包括如下组分，按重量份计：
氧化石墨烯1份、偶联剂5份、硅灰50-250份。
作为最佳组合，上述的氧化石墨烯改性硅灰，包括如下组分，按重量份计：
氧化石墨烯1份、偶联剂5份、硅灰100份。
优选地，所述偶联剂采用硅烷偶联剂，优选硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570中的一种或多种混合；进一步优选为硅烷偶联剂KH550。
上述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，包括如下步骤：
1)改性氧化石墨烯悬浮液的制备：
向溶剂中加入氧化石墨烯，搅拌均匀后，超声分散，得到氧化石墨烯悬浮液；用酸溶液将氧化石墨烯悬浮液的pH值调节至5.0～6.0，然后向溶液中加入偶联剂溶液，搅拌均匀；再用碱溶液调节悬浮液的pH值至5.0～6.0，得到改性氧化石墨烯悬浮液；
2)氧化石墨烯改性硅灰的形成
向改性氧化石墨烯悬浮液添加配比量的硅灰，再将添加有硅灰的改性氧化石墨烯悬浮液进行加热反应，反应完成后过滤、干燥，即可得到氧化石墨烯改性硅灰。
优选地，所述步骤1)中，超声分散45min～120min，优选60min。
优选地，所述步骤1)中，所述溶剂为水或/和乙醇，优选水和乙醇按照(1～5):1的体积比例混合。
优选地，所述步骤1)中，所述氧化石墨烯：溶剂为1g：(100～500)mL；进一步优选地，氧化石墨烯：溶剂为1g：200mL。
优选地，所述步骤1)中，所述调节溶液pH值的酸为盐酸或/和冰醋酸，所述调节溶液pH值的碱溶液为氢氧化钠和/或氢氧化钾的溶液。
优选地，所述步骤1)中，所述偶联剂溶液的浓度为1wt％～5wt％；
优选地，所述步骤1)中，所述偶联剂溶液中所含偶联剂的量与氧化石墨烯的质量比为(3～8):1，进一步优选地，偶联剂与氧化石墨烯的比例为5g:1g。
优选地，所述步骤1)中，所述加入偶联剂后，所述搅拌的转速为800rpm～1500rpm、搅拌时间为1～2h。
优选地，所述步骤2)中，所述的硅灰与改性氧化石墨烯悬浮液的混合比例为(10～150)g:(50～500)mL：进一步优选地，硅灰与改性氧化石墨烯悬浮液的混合比例为100g:200mL。
优选地，所述步骤2)中，所述硅灰添加前事先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。
优选地，所述步骤2)中，所述加热反应的工艺条件为：水浴加热至40～80℃，搅拌30～60min。
优选地，所述步骤2)中，所述过滤采用抽滤，所述干燥工艺为：将过滤得到的氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以60～105℃的温度烘干至恒重。
一种抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土，每立方米混凝土中含有如下重量的组分：
水泥150～350kg/m3，粉煤灰40～100kg/m3，粗骨料800～1300kg/m3，细集料500～700kg/m3，氧化石墨烯改性硅灰20～50kg/m3，减水剂0.5～8.0kg/m3，水105～175kg/m3。
作为优选方案，上述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土的复合材料，每立方米混凝土中含有如下重量的组分：
水泥200～300kg/m3，粉煤灰50～80kg/m3，粗骨料900～1250kg/m3，细集料550～650kg/m3，氧化石墨烯改性硅灰25～45kg/m3，减水剂2.0～6.5kg/m3，水110～155kg/m3。
作为最佳组合，上述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料，每立方米混凝土中含有如下重量的组分：
水泥250kg/m3，粉煤灰55kg/m3，粗骨料1200kg/m3，细集料575kg/m3，氧化石墨烯改性硅灰30kg/m3，减水剂3.25kg/m3，水125kg/m3。
优选地，所述的水泥为普通硅酸盐水泥；优选地，所述水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。
优选地，所述的粉煤灰采用F类I级粉煤灰或F类II级粉煤灰或者二者按(1～10)：1的质量比的混合，优选地，所述的粉煤灰采用所述I级粉煤灰和II级粉煤灰按5：1的质量比的混合。
优选地，所述的粗骨料为5～31.5mm连续级配碎石。
优选地，所述的细集料为中砂。
优选地，所述氧化石墨烯改性硅灰为权利要求1-4任一项所述的氧化石墨烯改性硅灰。
优选地，所述的减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂或脂肪酸系高减水剂中的一种或多种混合，优选聚羧酸减水剂。
上述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料的制备方法，先将配比量的水泥、粉煤灰、氧化石墨烯改性硅灰搅拌均匀，形成胶凝材料；再将上述搅拌均匀的胶凝材料与配比量的粗骨料、细集料搅拌均匀，最后加水搅拌均匀，即可。
优选地，将配比量的水泥、粉煤灰、氧化石墨烯改性硅灰置于强制式搅拌机中搅拌。
将搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
本发明首先通过静电自吸附的方法制备氧化石墨烯改性硅灰，通过这种方法可使氧化石墨烯均匀的包覆在硅灰颗粒的表面，再通过设计混凝土的配合比，将氧化石墨烯改性硅灰均匀的分散在混凝土中，通过这种方法制备的氧化石墨烯混凝土复合材料的力学性能、抗氯离子渗透性能有显著的提升，并且能够改善混凝土的流动性，参见表1数据。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的氧化石墨烯改性硅灰产品中氧化石墨烯均匀的包覆在硅灰颗粒的表面，氧化石墨烯含量高且分散均匀。
2、本发明中氧化石墨烯改性硅灰的制备工艺简单，可使氧化石墨烯和硅灰在混凝土中的均匀分散，从而提高了氧化石墨烯的含量。
3、本发明提供的混凝土复合材料，采用氧化石墨烯改性的硅灰，与其它组分协同作用，使硅灰均匀分散于混凝土中，氧化石墨烯的含量低，所制备的氧化石墨烯混凝土复合材料的力学强度高、抗氯离子渗透性能好。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1:
1)秤取200g氧化石墨烯，加入到水和乙醇按照5:1比例配制成的150L溶剂中，搅拌均匀后，超声分散100min，用冰乙酸将上述溶液的Ph值调节至5.8，然后向该溶液中缓慢滴加60Kg 1％的KH550硅烷偶联剂，用搅拌器高速搅拌均匀，转速为1000rpm，搅拌时间为1h，用NaOH溶液调节改性氧化石墨烯悬浮液的Ph值调节至5.9，待用。
2)然后秤取步骤1)中的120L改性氧化石墨烯悬浮液，添加32kg硅粉，硅粉添加前首先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。再将添加有硅灰改性氧化石墨烯悬浮液的反应装置移入60℃的水浴中，加热搅拌45min，反应完成后氧化石墨烯改性硅灰溶液抽滤，然后将氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以80℃的温度烘干至恒重，待用。
3)秤取25kg步骤2)所制备的氧化石墨烯改性硅灰，150kg 42.5级普通硅酸盐水泥、45kg F类I级粉煤灰粉煤灰，15kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与800kg的粗骨料、600kg细集料搅拌均匀，最后加110kg水与0.8kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤3)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
实施例2:
1)秤取600g氧化石墨烯，加入到水和乙醇按照5:1比例配制成的500L溶剂中，搅拌均匀后，超声分散100min，用冰乙酸将上述溶液的Ph值调节至5.5，然后向该溶液中缓慢滴加60kg 5％的KH550硅烷偶联剂，用搅拌器高速搅拌均匀，转速为1200rpm，搅拌时间为2h，用KOH溶液调节改性氧化石墨烯悬浮液的Ph值调节至5.5，待用。
2)然后秤取步骤1)中的300L改性氧化石墨烯悬浮液，添加40kg硅粉，硅粉添加前首先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。再将添加有硅灰改性氧化石墨烯悬浮液的反应装置移入80℃的水浴中，加热搅拌55min，反应完成后氧化石墨烯改性硅灰溶液抽滤，然后将氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以80℃的温度烘干至恒重，待用。
3)秤取35kg步骤2)所制备的氧化石墨烯改性硅灰，200kg 42.5级普通硅酸盐水泥、36kg F类I级粉煤灰粉煤灰，4kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1000kg的粗骨料、590kg细集料搅拌均匀，最后加140kg水与4kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤3)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
实施例3
1)秤取1000g氧化石墨烯，加入到水和乙醇按照4:1比例配制成的800L溶剂中，搅拌均匀后，超声分散80min，用冰乙酸将上述溶液的Ph值调节至6.0，然后向该溶液中缓慢滴加500kg 1％的KH560硅烷偶联剂，用搅拌器高速搅拌均匀，转速为1500rpm，搅拌时间为1.2h，用NaOH溶液调节改性氧化石墨烯悬浮液的Ph值调节至5.0，待用。
2)然后秤取步骤1)中的280L改性氧化石墨烯悬浮液，添加30kg硅粉，硅粉添加前首先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。再将添加有硅灰改性氧化石墨烯悬浮液的反应装置移入55℃的水浴中，加热搅拌55min，反应完成后氧化石墨烯改性硅灰溶液抽滤，然后将氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以85℃的温度烘干至恒重，待用。
3)秤取29kg步骤2)所制备的氧化石墨烯改性硅灰，300kg 42.5级普通硅酸盐水泥、68.2kg F类I级粉煤灰粉煤灰，6.8kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与900kg的粗骨料、580kg细集料搅拌均匀，最后加105kg水与8kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤3)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
实施例4:
1)秤取250g氧化石墨烯，加入到水和乙醇按照4:1比例配制成的250L溶剂中，搅拌均匀后，超声分散100min，用盐酸将上述溶液的Ph值调节至5.0，然后向该溶液中缓慢滴加50kg 2％的KH550硅烷偶联剂，用搅拌器高速搅拌均匀，转速为1000rpm，搅拌时间为1h，用NaOH溶液调节改性氧化石墨烯悬浮液的Ph值调节至5.4，待用。
2)然后秤取步骤1)中的150L改性氧化石墨烯悬浮液，添加33kg硅粉，硅粉添加前首先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。再将添加有硅灰改性氧化石墨烯悬浮液的反应装置移入75℃的水浴中，加热搅拌60min，反应完成后氧化石墨烯改性硅灰溶液抽滤，然后将氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以95℃的温度烘干至恒重，待用。
3)秤取30kg步骤2)所制备的氧化石墨烯改性硅灰，260kg 42.5级普通硅酸盐水泥、50kg F类I级粉煤灰粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1050kg的粗骨料、700kg细集料搅拌均匀，最后加170kg水与7kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤3)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
实施例5:
1)秤取150g氧化石墨烯，加入到水和乙醇按照4:1比例配制成的130L溶剂中，搅拌均匀后，超声分散45min，用盐酸将上述溶液的Ph值调节至5.7，然后向该溶液中缓慢滴加42kg 2.5％的KH560硅烷偶联剂，用搅拌器高速搅拌均匀，转速为800rpm，搅拌时间为1.8h，用NaOH溶液调节改性氧化石墨烯悬浮液的Ph值调节至5.6，待用。
2)然后秤取步骤1)中的200L改性氧化石墨烯悬浮液，添加22kg硅粉，硅粉添加前首先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。再将添加有硅灰改性氧化石墨烯悬浮液的反应装置移入65℃的水浴中，加热搅拌35min，反应完成后氧化石墨烯改性硅灰溶液抽滤，然后将氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以85℃的温度烘干至恒重，待用。
3)秤取20kg步骤2)所制备的氧化石墨烯改性硅灰，350kg 42.5级普通硅酸盐水泥、20kg F类I级粉煤灰粉煤灰，20kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1300kg的粗骨料、500kg细集料搅拌均匀，最后加175kg水与5kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤3)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
实施例6:
1)秤取400g氧化石墨烯，加入到水和乙醇按照4:1比例配制成的500L溶剂中，搅拌均匀后，超声分散80min，用冰乙酸将上述溶液的Ph值调节至5.5，然后向该溶液中缓慢滴加80kg 2％的KH550硅烷偶联剂，用搅拌器高速搅拌均匀，转速为1200rpm，搅拌时间为1.5h，用NaOH溶液调节改性氧化石墨烯悬浮液的Ph值调节至5.8，待用。
2)然后秤取步骤1)中的100L改性氧化石墨烯悬浮液，添加50kg硅粉，硅粉添加前首先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。再将添加有硅灰改性氧化石墨烯悬浮液的反应装置移入60℃的水浴中，加热搅拌45min，反应完成后氧化石墨烯改性硅灰溶液抽滤，然后将氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以80℃的温度烘干至恒重，待用。
3)秤取30kg步骤2)所制备的氧化石墨烯改性硅灰，250kg 42.5级普通硅酸盐水泥、45.8kg F类I级粉煤灰粉煤灰，9.2kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1200kg的粗骨料、575kg细集料搅拌均匀，最后加125kg水与3.25kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤3)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
实施例7:
1)秤取450g氧化石墨烯，加入到水和乙醇按照4:1比例配制成的200L溶剂中，搅拌均匀后，超声分散100min，用盐酸将上述溶液的Ph值调节至5.0，然后向该溶液中缓慢滴加108kg 2.5％的KH550硅烷偶联剂，用搅拌器高速搅拌均匀，转速为1150rpm，搅拌时间为1h，用KOH溶液调节改性氧化石墨烯悬浮液的Ph值调节至5.0，待用。
2)然后秤取步骤1)中的180L改性氧化石墨烯悬浮液，添加48kg硅粉，硅粉添加前首先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。再将添加有硅灰改性氧化石墨烯悬浮液的反应装置移入78℃的水浴中，加热搅拌55min，反应完成后氧化石墨烯改性硅灰溶液抽滤，然后将氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以98℃的温度烘干至恒重，待用。
3)秤取45kg步骤2)所制备的氧化石墨烯改性硅灰，180kg 52.5级普通硅酸盐水泥、50kg F类I级粉煤灰粉煤灰，50kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1250kg的粗骨料、650kg细集料搅拌均匀，最后加155kg水与6.5kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤3)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
实施例8:
1)秤取350g氧化石墨烯，加入到水和乙醇按照4:1比例配制成的320L溶剂中，搅拌均匀后，超声分散100min，用盐酸将上述溶液的Ph值调节至5.0，然后向该溶液中缓慢滴加28kg 5％的KH550硅烷偶联剂，用搅拌器高速搅拌均匀，转速为1150rpm，搅拌时间为1h，用KOH溶液调节改性氧化石墨烯悬浮液的Ph值调节至5.0，待用。
2)然后秤取步骤1)中的290L改性氧化石墨烯悬浮液，添加50kg硅粉，硅粉添加前首先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。再将添加有硅灰改性氧化石墨烯悬浮液的反应装置移入80℃的水浴中，加热搅拌60min，反应完成后氧化石墨烯改性硅灰溶液抽滤，然后将氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以99℃的温度烘干至恒重，待用。
3)秤取48kg步骤2)所制备的氧化石墨烯改性硅灰，275kg 42.5级普通硅酸盐水泥、85kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1100kg的粗骨料、550kg细集料搅拌均匀，最后加160kg水与2.0kg的萘系减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤3)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
实施例9:
1)秤取400g氧化石墨烯，加入到水和乙醇按照4:1比例配制成的500L溶剂中，搅拌均匀后，超声分散120min，用盐酸将上述溶液的Ph值调节至6.0，然后向该溶液中缓慢滴加40kg 3％的KH570硅烷偶联剂，用搅拌器高速搅拌均匀，转速为1450rpm，搅拌时间为1h，用NaOH溶液调节改性氧化石墨烯悬浮液的Ph值调节至5.0，待用。
2)然后秤取步骤1)中的350L改性氧化石墨烯悬浮液，添加25kg硅粉，硅粉添加前首先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。再将添加有硅灰改性氧化石墨烯悬浮液的反应装置移入80℃的水浴中，加热搅拌60min，反应完成后氧化石墨烯改性硅灰溶液抽滤，然后将氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以100℃的温度烘干至恒重，待用。
3)秤取23kg步骤2)所制备的氧化石墨烯改性硅灰，325kg 42.5级普通硅酸盐水泥、40kg F类I级粉煤灰粉煤灰，5kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1290kg的粗骨料、680kg细集料搅拌均匀，最后加115kg水与7.5kg的脂肪酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤3)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
实施例10:
1)秤取600g氧化石墨烯，加入到水和乙醇按照3:1比例配制成的800L溶剂中，搅拌均匀后，超声分散115min，用盐酸将上述溶液的Ph值调节至6.0，然后向该溶液中缓慢滴加180kg 2％的KH550硅烷偶联剂，用搅拌器高速搅拌均匀，转速为1450rpm，搅拌时间为1h，用NaOH溶液调节改性氧化石墨烯悬浮液的Ph值调节至5.0，待用。
2)然后秤取步骤1)中的500L改性氧化石墨烯悬浮液，添加55kg硅粉，硅粉添加前首先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。再将添加有硅灰改性氧化石墨烯悬浮液的反应装置移入70℃的水浴中，加热搅拌55min，反应完成后氧化石墨烯改性硅灰溶液抽滤，然后将氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以100℃的温度烘干至恒重，待用。
3)秤取50kg步骤2)所制备的氧化石墨烯改性硅灰，230kg 52.5级普通硅酸盐水泥、60kg F类I级粉煤灰粉煤灰，20kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与850kg的粗骨料、530kg细集料搅拌均匀，最后加170kg水与0.5kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤3)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
对比例1:
1)秤取150kg 42.5级普通硅酸盐水泥、25kg硅灰、45kg F类I级粉煤灰，15kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与800kg的粗骨料、600kg细集料搅拌均匀，最后加110kg水与0.8kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
4)将步骤1)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
对比例2:
1)200kg 42.5级普通硅酸盐水泥、称取35kg硅灰、36kg F类I级粉煤灰，4kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1000kg的粗骨料、590kg细集料搅拌均匀，最后加140kg水与4kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
2)将步骤1)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
对比例3
1)秤取300kg 42.5级普通硅酸盐水泥、29kg硅灰、68.2kg F类I级粉煤灰，6.8kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与900kg的粗骨料、580kg细集料搅拌均匀，最后加105kg水与8kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
2)将步骤1)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
对比例4:
1)秤取260kg 42.5级普通硅酸盐水泥、30kg硅灰、50kg F类I级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1050kg的粗骨料、700kg细集料搅拌均匀，最后加170kg水与7kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
2)将步骤1)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
对比例5:
1)350kg 42.5级普通硅酸盐水泥、秤取20kg硅灰、20kg F类I级粉煤灰，20kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1300kg的粗骨料、500kg细集料搅拌均匀，最后加175kg水与5kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
2)将步骤1)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
对比例6:
1)280kg 42.5级普通硅酸盐水泥、30kg硅灰、45.8kg F类I级粉煤灰，9.2kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1200kg的粗骨料、575kg细集料搅拌均匀，最后加125kg水与3.25kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
2)将步骤1)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
对比例7:
1)秤取180kg 52.5级普通硅酸盐水泥、45kg硅灰、50kg F类I级粉煤灰，50kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1250kg的粗骨料、650kg细集料搅拌均匀，最后加155kg水与6.5kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
2)将步骤1)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
对比例8:
1)秤取275kg 42.5级普通硅酸盐水泥、48kg硅灰、85kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1100kg的粗骨料、550kg细集料搅拌均匀，最后加160kg水与2.0kg的萘系减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
2)将步骤1)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
对比例9:
1)秤取325kg 42.5级普通硅酸盐水泥、23kg硅灰、40kg F类I级粉煤灰粉煤灰，5kgF类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与1290kg的粗骨料、680kg细集料搅拌均匀，最后加115kg水与7.5kg的脂肪酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
2)将步骤1)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
对比例10:
1)秤取230kg 52.5级普通硅酸盐水泥、50kg硅灰、60kg F类I级粉煤灰，20kg F类II级粉煤灰，于强制式搅拌机中搅拌均匀，再将上述搅拌均匀的胶凝材料与850kg的粗骨料、530kg细集料搅拌均匀，最后加170kg水与0.5kg的聚羧酸减水剂的混合溶液，搅拌均匀。
2)将步骤1)搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
各实施例与对比例混凝土复合材料分别养护至规定龄期后测试力学性能及抗氯离子渗透性能，根据《GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》测试混凝土的力学性能、根据《GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》采用RCM法测试混凝土的抗氯离子渗透性能，测试结果如下表1所示。
表1氧化石墨烯混凝土复合材料力学性能及氯离子扩散系数测试结果
从上表力学性能测试结果分析可知，相对于添加未改性硅灰的混凝土，添加氧化石墨烯改性硅灰制备的混凝土的抗压强度、扛着强度、抗氯离子渗透性能都有大幅度提高。由实验数据可见，添加30kg/m3氧化石墨烯改性硅灰的混凝土复合材料，3天龄期和28天龄期抗压强度分别提高4.59MPa、8.71MPa，3天龄期和28天龄期抗折强度分别提高0.89MPa、1.56Mpa，氯离子扩散系数降低37.97％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)改性氧化石墨烯悬浮液的制备：
向溶剂中加入氧化石墨烯，搅拌均匀后，超声分散，得到氧化石墨烯悬浮液；用酸溶液将氧化石墨烯悬浮液的pH值调节至5.0～6.0，然后向溶液中加入偶联剂溶液，搅拌均匀；再用碱溶液调节悬浮液的pH值至5.0～6.0，得到改性氧化石墨烯悬浮液；
2)氧化石墨烯改性硅灰的形成
向改性氧化石墨烯悬浮液添加配比量的硅灰，再将添加有硅灰的改性氧化石墨烯悬浮液进行加热反应，反应完成后过滤、干燥，即可得到氧化石墨烯改性硅灰；
所述氧化石墨烯改性硅灰包括如下组分，按重量份计：
氧化石墨烯1份、偶联剂3～8份、硅灰2-500份；
所述步骤1)中，所述溶剂为水和乙醇按照(1～5):1的体积比例混合；
所述步骤1)中，所述氧化石墨烯：溶剂为1g：(100～500)mL；
所述步骤1)中，所述偶联剂溶液的浓度为1wt％～5wt％；
所述步骤1)中，所述偶联剂溶液中所含偶联剂的量与氧化石墨烯的质量比为(3～8):1；
所述步骤2)中，所述加热反应的工艺条件为：水浴加热至40～80℃，搅拌30～60min。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯改性硅灰包括如下组分，按重量份计：
氧化石墨烯1份、偶联剂5份、硅灰50-250份。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯改性硅灰包括如下组分，按重量份计：
氧化石墨烯1份、偶联剂5份、硅灰100份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述偶联剂采用硅烷偶联剂。
5.根据权利要求4所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述偶联剂采用硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570中的一种或多种混合。
6.根据权利要求5所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述偶联剂采用硅烷偶联剂KH550。
7.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，超声分散45min～120min。
8.根据权利要求7所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，超声分散60min。
9.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，氧化石墨烯：溶剂为1g：200mL。
10.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，用于调节氧化石墨烯悬浮液的pH值的酸溶液为盐酸或/和冰醋酸的溶液，用于调节悬浮液pH值的碱溶液为氢氧化钠和/或氢氧化钾的溶液。
11.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，偶联剂与氧化石墨烯的比例为5g:1g。
12.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述加入偶联剂后，所述搅拌的转速为800rpm～1500rpm、搅拌时间为1～2h。
13.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述的硅灰与改性氧化石墨烯悬浮液的混合比例为(10～150)g:(50～500)mL。
14.根据权利要求13所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述的硅灰与改性氧化石墨烯悬浮液的混合比例为100g:200mL。
15.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述硅灰添加前事先置于100℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。
16.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述过滤采用抽滤，所述干燥工艺为：将过滤得到的氧化石墨烯改性硅灰置于干燥箱中以60～105℃的温度烘干至恒重。
17.一种抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料，其特征在于：每立方米混凝土中含有如下重量的组分：
水泥150～350kg/m3，粉煤灰40～100kg/m3，粗骨料800～1300kg/m3，细集料500～700kg/m3，氧化石墨烯改性硅灰20～50kg/m3，减水剂0.5～8.0kg/m3，水105～175kg/m3，所述氧化石墨烯改性硅灰由权利要求1-16任一项所述的氧化石墨烯改性硅灰的制备方法制备而成。
18.根据权利要求17所述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料，其特征在于：每立方米混凝土中含有如下重量的组分：
水泥200～300kg/m3，粉煤灰50～80kg/m3，粗骨料900～1250kg/m3，细集料550～650kg/m3，氧化石墨烯改性硅灰25～45kg/m3，减水剂2.0～6.5kg/m3，水110～155kg/m3。
19.根据权利要求18所述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料，其特征在于：每立方米混凝土中含有如下重量的组分：
水泥250kg/m3，粉煤灰55kg/m3，粗骨料1200kg/m3，细集料575kg/m3，氧化石墨烯改性硅灰30kg/m3，减水剂3.25kg/m3，水125kg/m3。
20.根据权利要求17-19任一项所述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料，其特征在于：所述的水泥为普通硅酸盐水泥；
和/或，所述的粉煤灰采用F类I级粉煤灰或F类II级粉煤灰或者二者按(1～10)：1的质量比的混合；
和/或，所述的粗骨料为5～31.5mm连续级配碎石；
和/或，所述的细集料为中砂；
和/或，所述的减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂或脂肪酸系高减水剂中的一种或多种混合。
21.根据权利要求20所述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料，其特征在于：所述的水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。
22.根据权利要求20所述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料，其特征在于：所述的粉煤灰采用所述I级粉煤灰和II级粉煤灰按5：1的质量比的混合。
23.根据权利要求20所述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料，其特征在于：所述的减水剂为聚羧酸减水剂。
24.根据权利要求17-19任一项所述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料的制备方法，其特征在于：先将配比量的水泥、粉煤灰、氧化石墨烯改性硅灰搅拌均匀，形成胶凝材料；再将上述搅拌均匀的胶凝材料与配比量的粗骨料、细集料搅拌均匀，最后加水搅拌均匀，即可。
25.根据权利要求24所述的抗氯离子渗透的氧化石墨烯混凝土复合材料的制备方法，其特征在于：将配比量的水泥、粉煤灰、氧化石墨烯改性硅灰置于强制式搅拌机中搅拌；
将搅拌均匀的混凝土倒入混凝土模具中，振捣密实后，养护至规定龄期后测试性能。
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