CN107129235B - 一种利用氧化石墨烯强化再生混凝土的方法 - Google Patents
一种利用氧化石墨烯强化再生混凝土的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种利用氧化石墨烯强化再生混凝土的方法，按以下步骤进行：(1)准备原料；(2)将氧化石墨烯加水制成分散液；(3)减水剂加水制成减水剂溶液；(4)将分散液加入到减水剂溶液中，搅拌后超声处理15～20min，制成混合液；(5)将再生粗骨料筛分后与细沙混合搅拌，再加入水泥搅拌；(6)在搅拌条件下，将混合液加入到混合料中，搅拌后放入试模中，在振动台振捣均匀，置于养护室中养护。本发明的方法设计合理，操作简便，氧化石墨烯丰富的片层结构上有大量的含氧活性基团为水泥的水化产物提供了生长点；为混凝土的水化起到了模板效应，提高了再生混凝土的力学性能和耐久性。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种利用氧化石墨烯强化再生混凝土的方法。
背景技术
人类进入21世纪后，面临着资源短缺，人口膨胀以及环境恶化等问题。发展循环经济是全球经济呈现出的新态势。迄今为止，混凝土仍是土木工程以及各项基础设施建设最重要的材料，在混凝土的各项原材料中，粗骨料又是比例最大的一部分。随着混凝土的使用量不断增加，消耗的粗骨料的量也是呈现出几何增长的态势。同时，据统计工业固体废弃物中的建筑垃圾占40％，其中大部分废弃的混凝土，那么废弃混凝土的再次利用开发已经顺应时代的发展。由于废弃混凝土块中含有大量砂石骨料，如果能将它们就地回收,经过破碎、清洗、分级后作为骨料再利用，生产再生混凝土用到新建建筑物上，则不仅能降低成本、节省天然骨料资源、缓解骨料供求矛盾,还能保护骨料产地的生态环境，又能解决城市废弃物的堆放、占地和环境污染等问题，实现混凝土生产过程中的物质循环闭路化。对废弃混凝土进行循环再利用被看作是发展绿色混凝土的主要措施之一，具有十分明显的环境效益、经济效益和社会效益。
但是由废弃混凝土做成的再生骨料直接做成混凝土的强度没有普通混凝土高，其原因可能是再生骨料本身在人工破碎过程中有一定程度的损伤，还有就是再生骨料表面包裹有一部分水泥水化产物，这一部分水化产物可能与新砂浆接触面活性低。这样就会做成再生混凝土的强度有一定的降低，如果没有一定的技术措施，这样的混凝土只能用于对强度要求不高的地方，不能发挥出其真正的价值。
发明内容
本发明的主要内容为一种利用氧化石墨烯强化再生混凝土的方法，利用氧化石墨烯提高再生混凝土的强度，提供一种含氧化石墨烯的再生混凝土，解决现有再生混凝土强度的缺陷。
本发明方法按以下步骤进行：
1、准备水泥、细沙、再生粗骨料、氧化石墨烯、水和减水剂作为原料；所述的氧化石墨烯中氧的重量百分比为24～26％；
2、将氧化石墨烯加水制成分散液，氧化石墨烯的重量浓度为0.8～1.2％；
3、减水剂加水制成重量浓度25～35％的减水剂溶液；
4、将分散液加入到减水剂溶液中，为了防止发生絮凝作用，先搅拌10～20min，然后再超声处理15～20min，制成混合液；其中分散液和减水剂溶液的体积比为1:(0.3～0.5)；
5、将再生粗骨料筛分出粒径5～25mm的部分，然后与细沙混合搅拌40～80s，再加入水泥搅拌20～40s，获得混合料；其中再生粗骨料、细沙和水泥的重量混合比例为1:(0.4～0.5):(0.3～0.4)；
6、在搅拌条件下，将混合液加入到混合料中，加入比例按氧化石墨烯为水泥总重量的0.05～0.085％，继续搅拌2～5min，然后放入试模中，在振动台振捣均匀，获得的再生混凝土置于养护室中养护。
上述的水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥。
上述的减水剂为聚羧酸减水泥，减水率为20～30％。
上述的氧化石墨烯的平面尺寸为20～50微米。
上述的再生混凝土养护7天的强度为28.2～28.9MPa，养护14天的强度为32.2～38.3MPa，养护28天的强度为43.6～45.5MPa。
与现有技术相比，本发明的创新性和有益成果如下：
获得的再生混凝土强度提高，其新旧砂浆结合面形成的新界面过渡区宽度减少，针状的钙钒石晶体排列紧密，过渡区周围元素聚集效应减少，“水囊现象”也有一定程度减缓，弥补了这个界面弱区的一些缺点；
减水剂加入后用磁力搅拌器搅拌和超声波进行分散，有效的避免了减水剂可能与氧化石墨烯发生絮凝作用，使结果更优；
得到最优氧化石墨烯的掺量，由于氧化石墨烯添加的量过多后，与水泥基材料不能充分接触，容易与水泥形成絮凝作用，导致混凝土表面形成很明显的肉眼可见的小孔洞；最优掺入量可以避免由于掺量过多造成一定损失；
分析了不同含氧量下氧化石墨烯对再生混凝土的影响。由于氧化石墨烯独特的含氧基团对再生混凝土水化过程有指导和模板效应，获得了不同含氧量下的影响以及氧化石墨烯最优含氧量。
本发明的方法设计合理，操作简便，且不需要什么特殊设备；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，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，容易与聚合物、陶瓷等形成插层复合物，具有明显的增强增韧作用；利用氧化石墨烯制备的再生混凝土时，氧化石墨烯丰富的片层结构上有大量的含氧活性基团为水泥的水化产物提供了生长点；同时，氧化石墨的大比表面积为混凝土的水化起到了一定的模板效应，再生混凝土骨料与砂浆结合面处的孔洞以及缺陷都有一定程度的修复作用，从而提高了再生混凝土的力学性能和耐久性。
具体实施方式
本发明实施例中的水泥、细沙、再生粗骨料、氧化石墨烯和减水剂(聚羧酸高性能减水剂)为市购产品；减水剂的减水率为20～30％。
本发明实施例中制备混合液采用磁力搅拌器。
本发明实施例中制备混合料采用搅拌机。
本发明实施例中超声处理采用的超声频率为40000Hz。
本发明实施例中试模为混凝土抗压试模，尺寸为150mm×150mm×150mm。
本发明实施例中测试强度采用的标准为《普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2016》。
本发明实施例中振动台型号为HZJ-A，振动频率2860次/分。
本发明实施例中的水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥。
本发明实施例中采用的氧化石墨烯的平面尺寸为20～50微米。
以下结合实例来具体说明本发明。
实施例1
准备水泥、细沙、再生粗骨料、氧化石墨烯、水和减水剂作为原料；所述的氧化石墨烯中氧的重量百分比为25％；
将氧化石墨烯加水制成分散液，氧化石墨烯的重量浓度为1.0％；
减水剂加水制成重量浓度30％的减水剂溶液；
将分散液加入到减水剂溶液中，为了防止发生絮凝作用，先搅拌15min，然后再超声处理15min，制成混合液；其中分散液和减水剂溶液的体积比为1:0.4；
将再生粗骨料筛分出粒径5～25mm的部分，然后与细沙混合搅拌60s，再加入水泥搅拌20～40s，获得混合料；其中再生粗骨料、细沙和水泥的重量混合比例为1:0.4:0.3；
在搅拌条件下，将混合液加入到混合料中，加入比例按氧化石墨烯为水泥总重量的0.06％，继续搅拌3min，然后放入试模中，在振动台振捣均匀，获得的再生混凝土置于养护室中养护；养护7天的强度为28.9MPa，养护14天的强度为38.3MPa，养护28天的强度为45.5MPa。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)分散液中氧化石墨烯的重量浓度为0.8％；
(2)减水剂加水制成重量浓度25％的减水剂溶液；
(3)分散液加入到减水剂溶液中搅拌10min，然后再超声处理20min；分散液和减水剂溶液的体积比为1:0.3；
(4)粒径5～25mm的再生粗骨料与细沙混合搅拌40～80s，加入水泥搅拌20s；再生粗骨料、细沙和水泥的重量混合比例为1:0.5:0.4；
(5)混合液加入混合料比例按氧化石墨烯为水泥总重量的0.05％，继续搅拌5min；养护7天的强度为28.7MPa，养护14天的强度为36.9MPa，养护28天的强度为44.3MPa。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)分散液中氧化石墨烯的重量浓度为1.2％；
(2)减水剂加水制成重量浓度35％的减水剂溶液；
(3)分散液加入到减水剂溶液中搅拌20min，然后再超声处理18min；分散液和减水剂溶液的体积比为1:0.5；
(4)粒径5～25mm的再生粗骨料与细沙混合搅拌40～80s，加入水泥搅拌40s；再生粗骨料、细沙和水泥的重量混合比例为1:0.4:0.4；
(5)混合液加入混合料比例按氧化石墨烯为水泥总重量的0.085％，继续搅拌2min；养护7天的强度为28.6MPa，养护14天的强度为37.1MPa，养护28天的强度为44.9MPa。
实施例4
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氧化石墨烯中氧的重量百分比为24％；
(2)分散液中氧化石墨烯的重量浓度为0.9％；
(3)减水剂加水制成重量浓度28％的减水剂溶液；
(4)分散液加入到减水剂溶液中搅拌12min，然后再超声处理19min；分散液和减水剂溶液的体积比为1:0.3；
(5)粒径5～25mm的再生粗骨料与细沙混合搅拌50s，加入水泥搅拌25s；再生粗骨料、细沙和水泥的重量混合比例为1:0.5:0.4；
(6)混合液加入混合料比例按氧化石墨烯为水泥总重量的0.07％，继续搅拌4min；养护7天的强度为28.2MPa，养护14天的强度为32.2MPa，养护28天的强度为43.6MPa。
实施例5
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氧化石墨烯中氧的重量百分比为26％；
(2)分散液中氧化石墨烯的重量浓度为1.1％；
(3)减水剂加水制成重量浓度31％的减水剂溶液；
(4)分散液加入到减水剂溶液中搅拌14min，然后再超声处理17min；分散液和减水剂溶液的体积比为1:0.4；
(5)粒径5～25mm的再生粗骨料与细沙混合搅拌70s，加入水泥搅拌35s；再生粗骨料、细沙和水泥的重量混合比例为1:0.5:0.3；
(6)混合液加入混合料比例按氧化石墨烯为水泥总重量的0.08％，继续搅拌5min；养护7天的强度为28.6MPa，养护14天的强度为35.5MPa，养护28天的强度为44.1MPa。
实施例6
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氧化石墨烯中氧的重量百分比为26％；
(2)分散液中氧化石墨烯的重量浓度为0.8％；
(3)减水剂加水制成重量浓度29％的减水剂溶液；
(4)分散液加入到减水剂溶液中搅拌13min，然后再超声处理17min；分散液和减水剂溶液的体积比为1:0.5；
(5)粒径5～25mm的再生粗骨料与细沙混合搅拌65s，加入水泥搅拌30s；再生粗骨料、细沙和水泥的重量混合比例为1:0.4:0.3；
(6)混合液加入混合料比例按氧化石墨烯为水泥总重量的0.065％，继续搅拌4min；养护7天的强度为28.8MPa，养护14天的强度为37.8MPa，养护28天的强度为45.2MPa。
对比例1
采用实施例1的原料和方法，在不加入氧化石墨烯，配制空白分散液的情况下，其他步骤同实施例1，进行对比试验，氧化石墨烯为水泥总重量的0％，获得的再生混凝土置于养护室中养护；养护7天的强度为25.1MPa，养护14天的强度为30.2MPa，养护28天的强度为37.3MPa。
对比例2
采用实施例2的原料和方法，在不加入氧化石墨烯，配制空白分散液的情况下，其他步骤同实施例2，进行对比试验，氧化石墨烯为水泥总重量的0％，获得的再生混凝土置于养护室中养护；养护7天的强度为25.5MPa，养护14天的强度为31.9MPa，养护28天的强度为37.5MPa。
对比例3
方法同实施例1，不同点在于：氧化石墨烯中氧的重量百分比为20％；获得的再生混凝土置于养护室中养护；养护7天的强度为25.4MPa，养护14天的强度为32.2MPa，养护28天的强度为39.6MPa。
Claims (2)
1.一种利用氧化石墨烯强化再生混凝土的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）准备水泥、细沙、再生粗骨料、氧化石墨烯、水和减水剂作为原料；所述的氧化石墨烯中氧的重量百分比为24~26%，平面尺寸为20~50微米；所述的水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥；所述的减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为20~30%；
（2）将氧化石墨烯加水制成分散液，氧化石墨烯的重量浓度为0.8~1.2%；
（3）减水剂加水制成重量浓度25~35%的减水剂溶液；
（4）将分散液加入到减水剂溶液中，为了防止发生絮凝作用，先搅拌10~20min，然后再超声处理15~20min，制成混合液；其中分散液和减水剂溶液的体积比为1:（0.3~0.5）；
（5）将再生粗骨料筛分出粒径5~25mm的部分，然后与细沙混合搅拌40~80s，再加入水泥搅拌20~40s，获得混合料；其中再生粗骨料、细沙和水泥的重量混合比例为1:（0.4~0.5）:（0.3~0.4）；
（6）在搅拌条件下，将混合液加入到混合料中，加入比例按氧化石墨烯为水泥总重量的0.05~0.085%，继续搅拌2~5min，然后放入试模中，在振动台振捣均匀，获得的再生混凝土置于养护室中养护。
2.根据权利要求1所述的一种利用氧化石墨烯强化再生混凝土的方法，其特征在于所述的再生混凝土养护7天的强度为28.2~28.9MPa，养护14天的强度为32.2~38.3MPa，养护28天的强度为43.6~45.5MPa。
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