CN109503053A - 氧化石墨烯/碳纳米管/纳米洋葱水泥基复合材料及制法 - Google Patents
氧化石墨烯/碳纳米管/纳米洋葱水泥基复合材料及制法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109503053A CN109503053A CN201811560665.2A CN201811560665A CN109503053A CN 109503053 A CN109503053 A CN 109503053A CN 201811560665 A CN201811560665 A CN 201811560665A CN 109503053 A CN109503053 A CN 109503053A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cement
- onions
- graphene oxide
- preparation
- carbon nano
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 150
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 241000234282 Allium Species 0.000 title description 4
- 235000002732 Allium cepa var. cepa Nutrition 0.000 title description 4
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 99
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000011440 grout Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 12
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 11
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 10
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 8
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 9
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 abstract description 3
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 abstract description 3
- 230000009545 invasion Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 8
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 7
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 6
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 6
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 description 6
- 239000011509 cement plaster Substances 0.000 description 5
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 5
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 5
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 5
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 5
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 5
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- HFQQZARZPUDIFP-UHFFFAOYSA-M sodium;2-dodecylbenzenesulfonate Chemical class [Na+].CCCCCCCCCCCCC1=CC=CC=C1S([O-])(=O)=O HFQQZARZPUDIFP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000186561 Swietenia macrophylla Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002191 fatty alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- -1 graphite alkene Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- IIACRCGMVDHOTQ-UHFFFAOYSA-M sulfamate Chemical compound NS([O-])(=O)=O IIACRCGMVDHOTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000003871 sulfonates Chemical class 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 230000010148 water-pollination Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料及其制备方法。所述方法包括：将氧化石墨烯、碳纳米管和碳纳米洋葱分散在溶液中形成混合液；向混合液中加入水泥并搅拌均匀形成水泥浆液；向水泥浆液中加入填料，形成水泥基复合材料，氧化石墨烯、碳纳米管、碳纳米洋葱和填料的用量分别占水泥重量的0.01～5％、0.01～3％、0.05～3％和200～350％。本发明能够提高水泥材料的力学性能和耐蚀性能；提升水泥基复合材料的抗拉、抗折强度、抗裂性能和抗压强度；还可有效阻止各种有害介质如氯离子、二氧化碳、硫酸根离子入侵造成的水泥基复合材料的侵蚀破坏等；且制备工艺简单，生产方式绿色环保环境污染小。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土材料及其制备技术领域，具体来讲，涉及一种以氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱作为强化剂的水泥砂浆复合材料及其制备方法。
背景技术
水泥基复合材料作为全世界用量最大的复合材料，在生产生活中得到广泛应用。但在实际工程应用中，水泥基复合材料还面临冻融、碳化、侵蚀、腐蚀、开裂等一系列问题，导致其各方面性能显著降低。为满足国家基础建设对高性能水泥复合材料的需求，开发高强度、高性能的水泥基复合材料势在必行。因此，在利用现有原材料的前提下，提升水泥基复合材料的力学性能、耐久性能等至关重要。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种新型的水泥基复合材料及其制备方法。
针对上述问题，发明人经研究得出了氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料及制备方法。具体来讲，氧化石墨烯是由碳原子sp2杂化组成的二维周期蜂窝状点阵结构，独特的晶体结构使其在二维方向上具有优异的力学性能。其结构中也存在许多含氧官能团，如羟基、羧基、环氧基等，因此具有良好的亲水性，能均匀分散在水中。碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量和高强度。碳纳米管作为一维纳米材料，也具有许多异常的力学、电学和化学性能。纳米洋葱碳是一种以C60为核心的同心多层球面套叠结构的碳分子，其在电子显微镜下的横切面呈洋葱状，故我们形象的称它为纳米洋葱碳。纳米洋葱碳较小半径的微粒具有较大的表面曲率，所以化学反应活性更高。其在外部石墨层的包裹之下，具有较好的耐候性，较高的抗压特性等。中空结构的纳米洋葱碳具有较低的密度，较大的比表面积，稳定性能与良好的表面浸润性能。发明人发现，可基于这三种碳材料自身都有各自的优点，将其复合利用在水泥基复合材料中以获得更加优异的效果。例如氧化石墨烯可以促进水泥形成均匀的结晶，碳纳米管可利用其强度高的特性改变混凝土的容易脆断性能，碳纳米洋葱可利用其在水泥中的钉扎作用提高水泥复合材料的抗拉伸性能等。
有鉴于此，本发明的一方面提供了一种氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将氧化石墨烯、碳纳米管和碳纳米洋葱分散在溶液中，形成混合液；向混合液中加入水泥并搅拌均匀，形成水泥浆液；向水泥浆液中加入填料，形成氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料，其中，按重量计，所述氧化石墨烯的用量占所述水泥的0.01％～5％，所述碳纳米管的用量占所述水泥的0.01％～3％，所述碳纳米洋葱的用量占所述水泥的0.05％～3％，所述填料的用量占所述水泥的200％～350％。进一步而言，所述氧化石墨烯的用量可占所述水泥的1.5％～3.0％，所述碳纳米管的用量可占所述水泥的1.2％～2.0％，所述碳纳米洋葱的用量可占所述水泥的1.0％～2.0％；所述填料的用量可占所述水泥的250％～300％。
本发明的另一方面提供了一种氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料，所述水泥基复合材料采用如上所述的制备方法得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的一项或多项：充分利用二维氧化石墨烯、一维碳纳米管的优异力学性能及零维碳纳米洋葱的钉扎作用，不但在水泥水化过程中改变其结晶方式最终形成更加致密的混凝土结构，还作为添加剂改善水泥的力学性能和耐蚀性能，最终显著提升水泥基复合材料的抗拉强度和抗折强度，及提升其抗裂性能和抗压强度，与此同时还可以有效阻止各种有害介质如氯离子、二氧化碳、硫酸根离子入侵造成的水泥基复合材料的侵蚀破坏等。另外，本发明水泥基复合材料还具有制备工艺简单，生产方式绿色环保环境污染小，且可以大规模实施的优势。
附图说明
图1中的a、b、c分别示出了对比例1、对比例2、以及示例3的试样的表面照片；图1中的d、e、f分别示出了对比例1、对比例2、以及示例3的试样的断面照片。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料及其制备方法。
在本发明的一个示例性实施例中，氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料的制备方法可通过形成多维碳质添加剂混合液、形成水泥浆液、以及加入填料的步骤构成。
具体来讲，形成多维碳质添加剂混合液的步骤可通过将氧化石墨烯、碳纳米管和碳纳米洋葱分散在溶液中来实现。按重量计，氧化石墨烯的用量占随后形成水泥浆液步骤中水泥用量的0.01％～5％，也可占0.75％～3.75％；碳纳米管的用量占随后形成水泥浆液步骤中水泥用量的0.01％～3％，也可占0.8％～2.4％；碳纳米洋葱的用量占随后形成水泥浆液步骤中水泥用量的0.05％～3％，也可占0.6％～2.4％。氧化石墨烯可以为层数在几层至几十层(例如，3层至30层)、且含有含氧官能团的层状石墨。
例如，可通过将碳纳米管分散于有机溶剂和/或水溶液中形成碳纳米管的分散液，将氧化石墨烯分散于有机溶剂和/或水溶液中形成氧化石墨烯的分散液，并将这两种分散液与碳纳米洋葱混合至均匀，得到多维碳质添加剂混合液。又如，也可通过向水中依次加入碳纳米管(CNT)、有机分散剂(例如，聚乙烯吡咯烷酮(PVP))、碳纳米洋葱(CNO)，进行第一次混合至均匀；随后，加入氧化石墨烯水溶液，进行第二次混合至均匀。两次混合均可采用常规搅拌和/或超声震荡的方式。
形成水泥浆液的步骤可通过向多维碳质添加剂混合液中加入水泥并搅拌均匀来实现。例如，水泥浆液中的水可占水泥的40～60wt％。例如，可以通过水泥净浆搅拌机进行搅拌。此外，也可在向多维碳质添加剂混合液中加入水泥的过程中或过程前、后，向多维碳质添加剂混合液中加入分散剂、减水剂和消泡剂等助剂中的一种或多种。例如，分散剂可以为PEG系列、SDBS系列、PVP系列等，其加入量可占水泥用量的0.01％～2％；减水剂可以为木质素磺酸盐类、萘系、密胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族系、聚羧酸系减水剂等，其加入量可占水泥用量的0.01％～2％；消泡剂可以为有机硅类消泡剂，矿物油类消泡剂，聚醚类消泡剂，脂肪醇类消泡剂，其加入量可占水泥用量的0.1％～3％。
随后，向水泥浆液中加入填料，形成氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料。该水泥基复合材料基本处于浆料状态，可用作多种需混凝土施工的基建材料或工程材料的浇注。例如，填料的用量占形成水泥浆液的步骤中水泥用量的200％～350％，也可占230％～280％。填料可以为砂石和/或矿渣，然而本发明不限于此。
在本发明的另一个示例性实施例中，所述氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料的制备方法可在上述示例性实施例的基础之上，进一步包括将水泥基复合材料进行陈化凝结和养护，以形成固态氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料的步骤。例如，可将未凝固的水泥基复合材料导入模具中室温陈化凝结，盖上保鲜膜，待水泥固化后，拆除模具放在水中养护，最终形成固态氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料。
以下将结合具体示例来进一步说明本发明的示例性实施例。
示例1
将容器中加入225重量份的水，再依次加入0.1wt％碳纳米管(CNT)，0.01wt％聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，0.2wt％碳纳米洋葱(CNO)，搅拌15min后超声0.5h。超声后的溶液中加入90重量份氧化石墨烯水溶液(其固含量为0.1wt％)，并超声1.5h。本示例中，各个重量百分比除固含量外，均以水泥的加入量为基数。
再向该溶液中加入水泥450重量份，在水泥净浆搅拌机中搅拌0.5h。加入1350重量份标准砂，在水泥砂浆搅拌机中搅拌1h。
倒入模具中室温陈化凝结，盖上保鲜膜。水泥固化后，拆除模具放在水中养护。
示例2
将容器中加入380重量份的水，加入1.4wt％碳纳米管(CNT)，0.15wt％SDBS系列分散剂，0.7wt％碳纳米洋葱(CNO)，搅拌并超声震荡2h。超声后的溶液中加入300重量份氧化石墨烯水溶液(其固含量为2wt％)，并超声处理2h。本示例中，各个重量百分比除固含量外，均以水泥的加入量为基数。
再向该溶液中加入水泥800重量份，在水泥净浆搅拌机中搅拌1h。加入1800重量份标准砂，在水泥砂浆搅拌机中搅拌3h。
倒入模具中室温陈化凝结，盖上保鲜膜。水泥固化后，拆除模具放在水中养护。
示例3
将容器中加入210重量份的水，再依次加入0.1wt％碳纳米管(CNT)，0.01wt％聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，0.2wt％碳纳米洋葱(CNO)，搅拌15min后超声0.5h。超声后的溶液中加入90重量份氧化石墨烯水溶液(其固含量为0.1wt％)，并超声1.5h。本示例中，各个重量百分比除固含量外，均以水泥的加入量为基数。再向该溶液中加入标准PO42.5水泥450重量份，在水泥净浆搅拌机中搅拌0.5h。加入1350重量份标准砂，在水泥砂浆搅拌机中搅拌1h。
倒入模具中室温陈化凝结，盖上保鲜膜。水泥固化后，拆除模具放在水中养护，得到固化的氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料。
经检测，本示例的氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料在分别养护3天和28天后的抗压强度和抗折强度数据如表1所示，其养护28天后的表面和断面的电子显微照片分别如图1中的c和f所示。
对比例1
向225重量份的水中加入标准PO42.5水泥450重量份，在水泥净浆搅拌机中搅拌0.5h。加入1350重量份标准砂，在水泥砂浆搅拌机中搅拌1h。
倒入模具中室温陈化凝结，盖上保鲜膜。水泥固化后，拆除模具放在水中养护分别养护3天和28天，得到固化的水泥。
本对比例得到的固化水泥在分别养护3天和28天后的抗压强度和抗折强度数据如表1所示，其养护28天后的表面和断面的电子显微照片分别如图1中的a和d所示。
对比例2
向225重量份的氧化石墨烯水溶液(其固含量为0.1wt％)中加入标准PO42.5水泥450重量份，在水泥净浆搅拌机中搅拌0.5h。加入1350重量份标准砂，在水泥砂浆搅拌机中搅拌1h。
倒入模具中室温陈化凝结，盖上保鲜膜。水泥固化后，拆除模具放在水中养护分别养护3天和28天，得到固化的水泥。
本对比例得到的固化水泥在分别养护3天和28天后的抗压强度和抗折强度数据如表1所示，其养护28天后的表面和断面的电子显微照片分别如图1中的b和e所示。
如表1所示，通过对示例3和对比例1-2的样品的抗压和抗折强度数据的比较，可以看出，在水泥中加入石墨烯材料可以显著提高材料的力学性能，而本发明的氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料更能够显著提高水泥复合材料的抗折强度和抗拉强度。例如，对于本发明的氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料更能够显著提高水泥复合材料而言，养护三天后，抗拉强度可达34MPa以上，抗折强度可达6.5MPa以上；养护二十余天后，抗拉强度可达62MPa以上，抗折强度可达8.6MPa以上。
表1示例3和对比例1-2的样品的抗压和抗折强度数据
图1中的a、b、c分别示出了对比例1(标准PO42.5水泥)、对比例2(添加氧化石墨烯(GO)水泥)、以及示例3(添加氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱(GO/CNT/CNO)水泥)的试样的表面照片；图1中的d、e、f分别示出了对比例1(标准PO42.5水泥)、对比例2(添加氧化石墨烯(GO)水泥)、以及示例3(添加氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱(GO/CNT/CNO)水泥)的试样的断面照片。从图1中的a、b、c表面照片来看，对比例2的样品比对比例1的样品表面晶粒更小，形成的水泥试样更加致密，其微裂纹也更小更不明显；在示例3的水泥试样表面形成的晶粒更小更致密，其微裂纹也更不明显，这些特征均有利于提高水泥试样的力学性能和耐蚀性能等。从图1中的d、e、f的断面照片来看，对比例2的样品中，石墨烯促进形成了纤维状的晶粒，改变了水泥样品的结晶形貌，促进形成孔洞更少的结晶形态；而示例3的水泥样品的晶体结构发生了较大的变化，形成了纤维状和花瓣状交错的晶体结构，该类晶体结构有利于提高水泥复合材料的力学性能。
综上所示，本发明相的优点包括：能够充分利用二维氧化石墨烯、一维碳纳米管的优异力学性能及零维碳纳米洋葱的钉扎作用，不但在水泥水化过程中改变其结晶方式最终形成更加致密的混凝土结构，还作为添加剂改善水泥的力学性能和耐蚀性能，最终显著提升水泥基复合材料的抗拉强度和抗折强度，及提升其抗裂性能和抗压强度，与此同时还可以有效阻止各种有害介质如氯离子、二氧化碳、硫酸根离子入侵造成的水泥基复合材料的侵蚀破坏等。总之，本发明通过这三种添加成分的引入不但改变了水泥混凝土材料的综合力学性能，还可以有效的延长其使用寿命。同时，本发明水泥基复合材料的制备工艺简单，生产方式绿色环保环境污染小，且可以大规模实施。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (8)
1.一种氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将氧化石墨烯、碳纳米管和碳纳米洋葱分散在溶液中，形成混合液；
向混合液中加入水泥并搅拌均匀，形成水泥浆液；
向水泥浆液中加入填料，形成氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料，其中，按重量计，所述氧化石墨烯的用量占所述水泥的0.01％～5％，所述碳纳米管的用量占所述水泥的0.01％～3％，所述碳纳米洋葱的用量占所述水泥的0.05％～3％，所述填料的用量占所述水泥的200％～350％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将所述水泥基复合材料进行陈化凝结和养护，以形成固态氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成混合液的步骤通过将碳纳米管的溶液、氧化石墨烯溶液和碳纳米洋葱混合均匀来实现。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成水泥浆液的步骤还包括向混合液中加入分散剂、减水剂和消泡剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述填料包括砂石和/或矿渣。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的用量占所述水泥的1.5％～3.0％，所述碳纳米管的用量占所述水泥的1.2％～2.0％，所述碳纳米洋葱的用量占所述水泥的1.0％～2.0％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述填料的用量占所述水泥的250％～300％。
8.一种氧化石墨烯/碳纳米管/碳纳米洋葱水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥基复合材料采用如权利要求1至7中任意一项所述的制备方法得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811560665.2A CN109503053B (zh) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | 氧化石墨烯/碳纳米管/纳米洋葱水泥基复合材料及制法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811560665.2A CN109503053B (zh) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | 氧化石墨烯/碳纳米管/纳米洋葱水泥基复合材料及制法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109503053A true CN109503053A (zh) | 2019-03-22 |
| CN109503053B CN109503053B (zh) | 2021-09-14 |
Family
ID=65753850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811560665.2A Active CN109503053B (zh) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | 氧化石墨烯/碳纳米管/纳米洋葱水泥基复合材料及制法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109503053B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112239342A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-19 | 盐城工学院 | 一种水泥基复合材料及制备水泥基砂浆的方法 |
| CN116199469A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-06-02 | 四川什邡国正环保科技有限公司 | 一种提高有机料与水泥凝结强度的方法及其制备得到的水泥 |
| CN116462458A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-07-21 | 苏州固韧纳米材料技术有限公司 | 一种沥青改性水泥基复合材料及其制备方法与应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105217616A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-01-06 | 天津大学 | 多孔石墨烯负载碳纳米洋葱三维复合材料制备方法 |
| CN105253875A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-01-20 | 天津大学 | 石墨烯负载碳纳米带阵列三维复合材料制备方法 |
| CN107473675A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-12-15 | 青岛理工大学 | Go及纳米矿粉协同分散cnt改性纳米建筑材料及其制备方法与应用 |
| US9862602B1 (en) * | 2017-03-27 | 2018-01-09 | Lyten, Inc. | Cracking of a process gas |
| CN108084870A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-05-29 | 宜兴市华盛环保管道有限公司 | 一种纳米改性弹性涂料及其制备方法 |
| CN108821672A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-16 | 北京欧美中科学技术研究院 | 一种利用氧化石墨烯强化再生混凝土的方法 |
-
2018
- 2018-12-20 CN CN201811560665.2A patent/CN109503053B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105217616A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-01-06 | 天津大学 | 多孔石墨烯负载碳纳米洋葱三维复合材料制备方法 |
| CN105253875A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-01-20 | 天津大学 | 石墨烯负载碳纳米带阵列三维复合材料制备方法 |
| US9862602B1 (en) * | 2017-03-27 | 2018-01-09 | Lyten, Inc. | Cracking of a process gas |
| CN107473675A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-12-15 | 青岛理工大学 | Go及纳米矿粉协同分散cnt改性纳米建筑材料及其制备方法与应用 |
| CN108084870A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-05-29 | 宜兴市华盛环保管道有限公司 | 一种纳米改性弹性涂料及其制备方法 |
| CN108821672A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-16 | 北京欧美中科学技术研究院 | 一种利用氧化石墨烯强化再生混凝土的方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112239342A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-19 | 盐城工学院 | 一种水泥基复合材料及制备水泥基砂浆的方法 |
| CN116199469A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-06-02 | 四川什邡国正环保科技有限公司 | 一种提高有机料与水泥凝结强度的方法及其制备得到的水泥 |
| CN116462458A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-07-21 | 苏州固韧纳米材料技术有限公司 | 一种沥青改性水泥基复合材料及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109503053B (zh) | 2021-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lu et al. | Carbon-based nanomaterials engineered cement composites: a review | |
| Chintalapudi et al. | An intense review on the performance of graphene oxide and reduced graphene oxide in an admixed cement system | |
| CN108641288B (zh) | 一种纳米氧化锆/环氧树脂复合材料及其制备方法 | |
| CN109503053A (zh) | 氧化石墨烯/碳纳米管/纳米洋葱水泥基复合材料及制法 | |
| CN103241983B (zh) | 氧化石墨烯改性聚羧酸系减水剂的制备方法 | |
| Gao et al. | Study on the shear property of nano-MgO-modified soil | |
| CN113272266A (zh) | 改善水泥组合物的石墨烯纳米材料添加剂、水泥组合物、增强的混凝土的制备方法、增强的混凝土及其用途 | |
| CN103224374A (zh) | 生态型纳米超高性能水泥基复合材料及其制备方法 | |
| Alvi et al. | A critical review of cement composites containing recycled aggregates with graphene oxide nanomaterials | |
| CN109734384B (zh) | 一种改性碳纳米管增强水泥基复合浆料及其制备方法 | |
| CN104401980A (zh) | Fe2O3-SnO2/石墨烯三元复合纳米材料的水热制备方法 | |
| Ghazanlou et al. | High-performance cement containing nanosized Fe3O4–decorated graphene oxide | |
| CN103664028A (zh) | 纳米氧化硅粉在水泥基材料中的分散方法 | |
| Tawfik et al. | Influence of nanoparticles on mechanical and nondestructive properties of high-performance concrete | |
| CN109437763A (zh) | 微裂纹自修复水泥基复合材料及其制备方法 | |
| Kaur et al. | Synergic influence of fly ash and graphene oxide-carbon nanotubes hybrid on mechanical, microstructural and porosity properties of cement mortars | |
| Alla et al. | RETRACTED: Investigation on fluidity, microstructure, mechanical and durability properties of snail shell based graphene oxide cement composite material | |
| Zhang et al. | Research progress on properties of cement-based composites incorporating graphene oxide | |
| Wang et al. | Dispersion, properties, and mechanisms of nanotechnology-modified alkali-activated materials: A review | |
| Nazar et al. | Investigating the effects of MWCNTs on sustainable alkali-activated mortar: physical, rheological, and mechanical analysis | |
| CN113003995B (zh) | 一种石墨烯改性混凝土材料及其制备方法 | |
| CN114195462A (zh) | 氧化石墨烯沙漠砂水泥基复合材料 | |
| Zhang et al. | Application and microstructure properties of nanomaterials in new concrete materials | |
| Maurya et al. | Comparative effects of nano-silica and graphene oxide on Pozzolana Portland cement nanocomposites | |
| CN114573284B (zh) | 氧化石墨烯磁定向分散增强水泥基复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230911 Address after: 528305 No. 101, 201, 301 and 401, floor 2, building 10, shengyueyuan, No. 33, shunye East Road, Xingtan town, Shunde District, Foshan City, Guangdong Province Patentee after: Foshan qiaoluan Technology Co.,Ltd. Address before: 610036 1st floor, electronic testing center, Yulong Road, Suining economic and Technological Development Zone, Sichuan Province Patentee before: SICHUAN JUCHUANG SHIMOXI TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240102 Address after: Room 03, Shared Office Area, 2nd Floor, Building 22, No. 1889 Huandao East Road, Hengqin New District, Zhuhai City, Guangdong Province, 529031 Patentee after: Yaoling (Guangdong) New Energy Technology Co.,Ltd. Address before: 528305 No. 101, 201, 301 and 401, floor 2, building 10, shengyueyuan, No. 33, shunye East Road, Xingtan town, Shunde District, Foshan City, Guangdong Province Patentee before: Foshan qiaoluan Technology Co.,Ltd. |