CN108947376A - 一种水泥砂浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥砂浆及其制备方法，该水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：氧化石墨烯1‑5份、玄武岩纤维1‑10份、水30‑50份、砂子250‑300份、水泥100份、外加剂1‑5份。本发明通过石墨烯包覆玄武岩纤维有效提高了水泥砂浆对电磁辐射的屏蔽性能，还有效提高了砂浆的力学性能，抗压抗折强度显著提高。

Description

一种水泥砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥砂浆的技术领域，具体涉及一种具有电磁屏蔽功能的水泥砂浆及其制备方法。
技术背景
随着电子通信技术的迅速发展，小型化、集成化的电子仪器仪表设备大量进入家庭，由此带来的电磁辐射问题也日益受到关注。一方面电磁辐射会干扰附近的电子设备，影响其正常运行，且电磁辐射还会泄漏信息，使计算机等仪器无信息安全保障。另一方面，电磁辐射也会对人体造成伤害，严重时可导致人的神经紊乱、行为失控等。因而电磁辐射已成为一种新的污染源，被世界卫生组织列为世界第三大公害。
在建筑墙面施工一层具有电磁波屏蔽或吸收的功能层，是一种常见的屏蔽电磁波的方法。目前，对于电磁屏蔽材料的研究主要集中在纤维、导电聚合物以及复合材料等方面，成品大都以涂料的形式涂敷在电子仪器以及建筑物等表层，构成电磁屏蔽层，实现电磁屏蔽目的。但涂料要求相对较高(薄且轻)，且耐候性比较差，易剥落，在实际应用过程中存在较大的局限性。已有研究尝试将金属粉末或碳纤维等加入到混凝土材料中，对其进行改性制备具有屏蔽电磁辐射功能的混凝土，但为了获得明显的电磁屏蔽效果，金属粉末或碳纤维的添加量通常要达到10wt％以上。添加大量的金属粉末或碳纤维，不但会大大增加混凝土材料的成本，同时也会造成其性能的下降。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种具有电磁屏蔽功能的水泥砂浆及其制备方法，该砂浆电磁屏蔽效果优良，制备工艺简单，适合实际工程大面积推广使用。
本发明所采用的技术方案是：
一种水泥砂浆，该水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：氧化石墨烯1-5份，玄武岩纤维1-10份，水30-50份，砂子300份，水泥100份，外加剂1-5份。
本发明水泥砂浆的原料中包含氧化石墨烯和玄武岩纤维，氧化石墨烯还原后得到石墨烯，石墨烯是一种新型的二维纳米材料，具有优异的导电性，是作电磁屏蔽的优良材料，其片层结构有利于提高电磁波在传播过程中的多次反射损耗，从而提高其电磁屏蔽性能。玄武岩纤维是介于碳纤维与玻璃纤维之间的一种纤维，但是价格比碳纤维低很多。玄武岩纤维对电磁波有高透过性和吸收性，具有良好的电磁屏蔽功能。本发明利用石墨烯和玄武岩纤维对电磁波的协同作用能大幅提高水泥砂浆的电磁辐射。
进一步的，氧化石墨烯的片径为0.1-10μm，含氧率为15-45％，层数为2-8层。
进一步的，外加剂为木质素磺酸钠盐、萘系减水剂、脂肪族减水剂和聚羧酸减水剂中的任意一种。
所述的水泥砂浆的制备方法包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯在水中进行超声波分散，得到氧化石墨烯分散液；
(2)在不断搅拌的情况下，将玄武岩纤维缓慢加入到氧化石墨烯分散液中，持续搅拌混合后，得到氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液；
(3)将氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液在85-95℃下热还原处理4-6h，得到石墨烯玄武岩纤维；
(4)将石墨烯玄武岩纤维加入搅拌锅中，加入水泥搅拌后再加入砂子充分搅拌，制得所述水泥砂浆。
本发明通过将氧化石墨烯制得氧化石墨烯分散液，再将玄武岩纤维缓慢加入到氧化石墨烯分散液中，使得氧化石墨烯均匀包覆在玄武岩纤维表面，再通过热还原处理后，使得石墨烯紧密附着在玄武岩纤维表面，再将其加入到水泥砂浆中，水泥砂浆的抗压抗折强度显著提高，电磁屏蔽性能得到改善。
其中，步骤(1)中，超声波功率为40-600W，频率为40-200KHz，超声波分散的时间为10-120min。
步骤(2)中，玄武岩纤维全部加入到氧化石墨烯分散液的时间为8-10min，持续搅拌混合的时间为6-24h。
步骤(3)中，加入水泥搅拌的时间为2-5min，再加入砂子搅拌的时间为2-5min。
上述技术方案中，本发明通过石墨烯包覆玄武岩纤维有效提高了水泥砂浆对电磁辐射的屏蔽性能，还有效提高了砂浆的力学性能，抗压抗折强度显著提高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述。
下述实施例中，所用试验仪器、试剂、材料等，如未做特别说明，均可通过商业途径直接购得。
实施例1
一种水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：氧化石墨烯3份、玄武岩纤维5份、水40份、砂子300份、水泥100份、萘系减水剂3份；氧化石墨烯的片径为1μm，含氧率为15％，层数为5层。
上述水泥砂浆的制备方法包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯放入水中进行超声波分散，超声波功率为200W，频率为100KHz，超声波分散的时间为80min，得到氧化石墨烯分散液；
(2)在不断搅拌的情况下，将玄武岩纤维缓慢加入到氧化石墨烯分散液中，玄武岩纤维加入氧化石墨烯溶液的速度为10min内加完，持续搅拌混合16h，使玄武岩纤维的表面覆有均匀的氧化石墨烯，得到氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液；
(3)将上述得到的氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液放于90℃的烘箱中进行热还原处理，处理时间为5h，得到石墨烯玄武岩纤维；
(4)将石墨烯玄武岩纤维倒入搅拌锅中，先加入水泥和萘系减水剂搅拌3min，再加入砂子充分搅拌3min，制得所述水泥砂浆。
实施例2
一种水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：氧化石墨烯1份、玄武岩纤维1份、水30份、砂子250份、水泥100份、木质素磺酸钠盐1份。其中，氧化石墨烯的片径为0.1-10μm，含氧率为25％，层数为8层。
上述水泥砂浆的制备方法包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯放入水中进行超声波分散，超声波功率为600W，频率为200KHz，超声波分散的时间为120min，得到氧化石墨烯分散液；
(2)在不断搅拌的情况下，将玄武岩纤维缓慢加入到氧化石墨烯分散液中，持续搅拌混合6h，使玄武岩纤维的表面覆有均匀的氧化石墨烯，得到氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液；
(3)将上述得到的氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液放于85℃的烘箱中进行热还原处理，处理时间为4h，得到石墨烯玄武岩纤维；
(4)将石墨烯玄武岩纤维倒入搅拌锅中，先加入水泥和木质素磺酸钠盐搅拌2min，再加入砂子充分搅拌5min，制得所述水泥砂浆。
实施例3
一种水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：氧化石墨烯5份、玄武岩纤维10份、水50份、砂子300份、水泥100份、脂肪族减水剂5份。氧化石墨烯的片径为10μm，含氧率为15％，层数为2层。
一种具有电磁屏蔽功能的水泥砂浆及其制备方法
(1)将氧化石墨烯放入水中进行超声波分散，超声波功率为600W，频率为200KHz，超声波分散的时间为10min，得到氧化石墨烯分散液；
(2)在不断搅拌的情况下，将玄武岩纤维缓慢加入到氧化石墨烯分散液中，持续搅拌混合24h，使玄武岩纤维的表面覆有均匀的氧化石墨烯，得到氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液；
(3)将上述得到的氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液放于95℃的烘箱中进行热还原处理，处理时间为6h，得到石墨烯玄武岩纤维；
(4)再将石墨烯玄武岩纤维倒入搅拌锅中，先加入水泥和脂肪族减水剂搅拌2min，再加入砂子充分搅拌2min，制得所述水泥砂浆。
实施例4
一种水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：氧化石墨烯4份、玄武岩纤维5份、水40份、砂子250份、水泥100份、聚羧酸减水剂3份。氧化石墨烯的片径为2μm，含氧率为45％，层数为6层。
上述水泥砂浆的制备方法包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯放入水中进行超声波分散，超声波功率为200W，频率为100KHz，超声波分散的时间为60min，得到氧化石墨烯分散液；
(2)在不断搅拌的情况下，将玄武岩纤维缓慢加入到氧化石墨烯分散液中，持续搅拌混合12h，使玄武岩纤维的表面覆有均匀的氧化石墨烯，得到氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液；
(3)将上述得到的氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液放于90℃的烘箱中进行热还原处理，处理时间为5h，得到石墨烯玄武岩纤维；
(4)将石墨烯玄武岩纤维倒入搅拌锅中，先加入水泥和聚羧酸减水剂搅拌4min，再加入砂子充分搅拌4min，制得所述水泥砂浆。
对比例1
一种水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：水40份、砂子300份、水泥100份、萘系减水剂3份。上述水泥砂浆的制备方法如下：将水倒入搅拌锅中，先加入水泥和萘系减水剂搅拌3min，再加入砂子充分搅拌3min，制得所述水泥砂浆。
对比例2
一种水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：玄武岩纤维5份、水40份、砂子300份、水泥100份、萘系减水剂3份。氧化石墨烯的片径为1μm，含氧率为15％，层数为5层。
上述水泥砂浆的制备方法如下：将水和玄武岩纤维倒入搅拌锅中，先加入水泥和萘系减水剂搅拌3min，再加入砂子充分搅拌3min，制得所述水泥砂浆。
对比例3
一种水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：氧化石墨烯3份、水40份、砂子300份、水泥100份、萘系减水剂3份。氧化石墨烯的片径为1μm，含氧率为15％，层数为5层。
上述水泥砂浆的制备方法如下：将水和氧化石墨烯倒入搅拌锅中，先加入水泥和萘系减水剂搅拌3min，再加入砂子充分搅拌3min，制得所述水泥砂浆。
对比例4
一种水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：氧化石墨烯3份、玄武岩纤维5份、水40份、砂子300份、水泥100份、萘系减水剂3份。氧化石墨烯的片径为1μm，含氧率为15％，层数为5层。
上述水泥砂浆的制备方法包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯放入水中进行超声波分散，超声波功率为200W，频率为100KHz，超声波分散的时间为80min，得到氧化石墨烯分散液；
(2)将石墨烯分散液和玄武岩纤维倒入搅拌锅中，先加入水泥和萘系减水剂搅拌3min，再加入砂子充分搅拌3min，制得所述水泥砂浆。
对本发明实施例1-4和对比例1-4制得的水泥砂浆进行力学性能和电磁屏蔽性能的测试。测试方法如下：
力学性能测试根据GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法成型试件尺寸为40mm*40mm*160mm的砂浆试件，在温度养护箱中养护24h后进行拆模，然后放到水中养护至规定龄期进行力学性能检测。
电磁屏蔽性能测试根据电子行业军用标准SJ20524-1995规定的方法进行测试。试件直径为115mm，中心孔径为12mm，厚度为8mm的圆饼状试样。将试样在标准养护箱中养护至1天脱模后再养护箱中继续养护至14天，在干燥箱中60℃排风干燥2h后冷却至室温。
测试结果如表1所示。
表1
样品 28天抗压强度(MPa) 28天抗折强度(MPa) 最高屏蔽效能(dB)
实施例1 81.6 10.4 20
实施例2 78.3 11.5 18
实施例3 79.4 12.6 17
实施例4 80.5 10.8 19
对比例1 50.7 5.6 0
对比例2 55.2 5.8 4
对比例3 54.5 5.7 5
对比例4 58.1 6.5 8
由表1所示，由于对比例1的原料中没有加入氧化石墨烯和玄武岩纤维，对比例2的原料中没有加入氧化石墨烯，对比例3的原料中没有加入玄武岩纤维，对比例4中没有将氧化石墨烯改性处理玄武岩纤维，得到的水泥砂浆的力学性能和电磁屏蔽性能远不如本发明实施例。本发明实施例通过加入石墨烯包覆改性的玄武岩纤维后，改善了水泥砂浆的电磁屏蔽性能，还有效提高了砂浆的力学性能，尤其是抗折强度。
以上对本发明所提供的水泥砂浆及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种水泥砂浆，其特征在于，该水泥砂浆由以下质量份的原料制备得到：氧化石墨烯1-5份，玄武岩纤维1-10份，水30-50份，砂子300份，水泥100份，外加剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，氧化石墨烯的片径为0.1-10μm，含氧率为15-45％，层数为2-8层。
3.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，外加剂为木质素磺酸钠盐、萘系减水剂、脂肪族减水剂和聚羧酸减水剂中的任意一种。
4.一种制备权利要求1所述的水泥砂浆的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯在水中进行超声波分散，得到氧化石墨烯分散液；
(2)在不断搅拌的情况下，将玄武岩纤维缓慢加入到氧化石墨烯分散液中，持续搅拌混合后，得到氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液；
(3)将氧化石墨烯和玄武岩纤维的混合溶液在85-95℃下热还原处理4-6h，得到石墨烯玄武岩纤维；
(4)将石墨烯玄武岩纤维加入搅拌锅中，加入水泥搅拌后再加入砂子充分搅拌，制得所述水泥砂浆。
5.根据权利要求4所述的水泥砂浆的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，超声波功率为40-600W，频率为40-200KHz，超声波分散的时间为10-120min。
6.根据权利要求4所述的水泥砂浆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，玄武岩纤维全部加入到氧化石墨烯分散液的时间为8-10min，持续搅拌混合的时间为6-24h。
7.根据权利要求4所述的水泥砂浆的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，加入水泥搅拌的时间为2-5min，再加入砂子搅拌的时间为2-5min。
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