CN109503053B - 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
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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 (7)
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，所述方法由以下步骤构成：
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，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；
向混合液中加入标准PO42.5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标准PO42.5水泥的0.75％～5％，所述碳纳米管的用量占所述标准PO42.5水泥的0.01％～3％，所述碳纳米洋葱的用量占所述标准PO42.5水泥的0.05％～3％，所述填料的用量占所述标准PO42.5水泥的200％～350％。
2.一种氧化石墨烯/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，所述制备方法由以下步骤构成：
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，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；
向混合液中加入标准PO42.5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标准PO42.5水泥的0.75％～5％，所述碳纳米管的用量占所述标准PO42.5水泥的0.01％～3％，所述碳纳米洋葱的用量占所述标准PO42.5水泥的0.05％～3％，所述填料的用量占所述标准PO42.5水泥的200％～350％；
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。
3.一种氧化石墨烯/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，所述制备方法由以下步骤构成：
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，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；
向混合液中加入标准PO42.5水泥，向混合液中加入分散剂、减水剂和消泡剂中的一种或多种，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标准PO42.5水泥的0.75％～5％，所述碳纳米管的用量占所述标准PO42.5水泥的0.01％～3％，所述碳纳米洋葱的用量占所述标准PO42.5水泥的0.05％～3％，所述填料的用量占所述标准PO42.5水泥的200％～350％。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述填料包括砂石和/或矿渣。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的制备方法，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％。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述填料的用量占所述水泥的250％～300％。
7.一种氧化石墨烯/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3中任意一项所述的制备方法得到。
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
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