CN109761553A - 水泥基复合浆料及其制备方法、水泥基复合材料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水泥基复合浆料及其制备方法、水泥基复合材料制备方法。水泥基复合浆料制备方法包括：称取质量比为(0.0001～0.1):1:(0.00005～0.1)的玄武岩纤维、水泥以及氧化石墨烯；将所述玄武岩纤维与所述水泥均匀混合，得到玄武岩纤维与水泥混合物；将氧化石墨烯均匀分散于水中，得到氧化石墨烯水溶液；将所述玄武岩纤维与水泥混合物和所述氧化石墨烯水溶液均匀混合，加入填料，搅拌，得到水泥基复合浆料。水泥基复合材料制备方法包括将所述水泥基复合浆料成型养护，得到水泥基复合材料。本发明的水泥基复合材料性能优异，制备方法简单，能够实现大规模的实施应用。

Description

水泥基复合浆料及其制备方法、水泥基复合材料制备方法

技术领域

本发明涉及水泥材料制备技术领域，更具体地讲，涉及一种水泥基复合浆料及其制备方法、水泥基复合材料制备方法。

背景技术

水泥基复合材料是一种人造脆性材料，得到了广泛的应用。但是水泥基复合材料抗拉强度仍然不足以满足需求，特别是工程中力学性能不够高会带来可靠性和耐久性不好的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种制备方法简单、绿色环保的水泥基复合材料制备方法。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种水泥基复合浆料制备方法，所述制备方法可以包括以下步骤：称取质量比为(0.0001～0.1):1:(0.00005～0.1)的玄武岩纤维、水泥以及氧化石墨烯；将所述玄武岩纤维与所述水泥均匀混合，得到玄武岩纤维与水泥混合物；将氧化石墨烯均匀分散于水中，得到氧化石墨烯水溶液；将所述玄武岩纤维与水泥混合物和所述氧化石墨烯水溶液均匀混合，加入填料，搅拌，得到水泥基复合浆料。

本发明的另一方面提供了一种水泥基复合浆料，所述水泥基复合浆料可以由以上所述的水泥基复合浆料制备方法制备得到。

本发明的再一方面提供了一种水泥基复合材料制备方法，所述制备方法可以包括以下步骤：称取质量比为(0.0001～0.1):1:(0.00005～0.1)的玄武岩纤维、水泥以及氧化石墨烯；将所述玄武岩纤维与所述水泥均匀混合，得到玄武岩纤维与水泥混合物；将氧化石墨烯均匀分散于水中，得到氧化石墨烯水溶液；将所述玄武岩纤维与水泥混合物和所述氧化石墨烯水溶液均匀混合，加入填料，搅拌，成型养护，得到水泥基复合材料。

本发明的再一方面提供了一种水泥基复合材料，所述水泥基复合材料可以由以上所述的水泥基复合材料制备方法制备得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

(1)本发明在水泥中添加氧化石墨烯和玄武岩纤维，能够充分利用氧化石墨烯与玄武岩纤维的优异力学性能(尤其是抗压强度和抗折强度)，能够在水泥水化过程中改变其结晶方式以形成更加致密的水泥基复合材料，能够增强纤维提高水泥基复合材料的力学性能及延长其寿命；

(2)本发明的制备工艺简单，生产方式绿色环保，环境污染小，能够实现大规模的实施应用。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明一个示例性实施例的水泥基复合浆料制备方法流程示意简图；

图2示出了示例1与示例2制备得到的水泥基复合材料SEM图片，其中，图2(a)和(b)为示例1制备得到的水泥基复合材料断口SEM图片，图2(c)和(d)为示例2制备得到的水泥基复合材料断口SEM图片。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的水泥基复合浆料及其制备方法、水泥基复合材料制备方法。

本发明的一方面提供了一种水泥基复合浆料制备方法，在本发明的水泥基复合浆料制备方法的一个示例性实施例中，如图1所示，所述制备方法可以包括：

步骤S01，称取一定质量比的玄武岩纤维、水泥以及氧化石墨烯。

在本实施例中，玄武岩纤维、水泥以及氧化石墨烯的质量比可以为(0.0001～0.1):1:(0.00005～0.1)，进一步的，质量比可以为(0.0003～0.085):1:(0.00006～0.1)，例如，质量比可以为0.0056:1:0.068。采用上述质量比能够使所述玄武岩纤维以及氧化石墨烯最大程度的提高水泥复合材料的的综合力学性能。如果玄武岩纤维和氧化石墨烯的含量过低，会使得水泥复合材料的性能提升不明显，太高会浪费原料并增加生成成本，甚至会导致水泥复合材料的性能降低。

在本实施例中，所述玄武岩纤维的直径可以为10μm～200μm，长度可以为0.1mm～10mm。进一步的，所述玄武岩纤维的直径可以为40μm～150μm，长度可以为0.5mm～8.6mm。更进一步的，玄武岩纤维的直径可以为75μm～135μm，长度可以为0.76mm～8.45mm。所述氧化石墨烯为富含官能团的氧化石墨烯。富含官能团的氧化石墨烯能够促进水泥的结晶。所述官能团可以为常规的官能团，例如羟基、羧基等。

以上，上述氧化石墨烯可以为氧化石墨烯固体或者氧化石墨烯溶液。

步骤S02，制备玄武岩纤维与水泥的混合物。

在本实施例中，可以将上述比例的玄武岩纤维加入水泥中搅拌均匀形成玄武岩纤维与水泥的混合物。

步骤S03，制备氧化石墨烯水溶液。

在本实施例中，将氧化石墨烯与水混合，超声分散均匀后得到氧化石墨烯水溶液。所述形成的氧化石墨烯水溶液的固含量可为0.1wt％～2.0wt％。设置上述固含量范围，能够确保石墨烯水溶液浓度调节方便以及好分散。浓度太低会造成后期石墨烯溶液浓度调节困难，浓度太高会导致石墨烯分散不易。进一步的，固含量可以为0.4wt％～1.5wt％。例如，固含量可以为0.5wt％。

步骤S04，制备水泥基复合浆料。

在本实施例中，可以将所述玄武岩纤维与水泥混合物和所述氧化石墨烯水溶液均匀混合，加入填料，搅拌，得到水泥基复合浆料。

以上，所述填料可以为矿石、矿渣等。例如，所述填料可以为标准砂。所述填料与水泥的质量比可以为(2.5～3.3):1。进一步的，质量比可以为(2.6～3.2):1。例如，可以为2.7:1。当然，本发明的填料的种类以及加入量不限于此，加入量可以根据经验值以及现场要求进行加入。

在本实施例中，在所述玄武岩纤维与水泥混合物和所述氧化石墨烯水溶液均匀混合的过程中可以加入一定量的助剂。所述助剂可以包括分散剂、减水剂、消泡剂等。所述助剂可以为在水泥使用过程中所出现的一些常规助剂。所述助剂的加入量可以根据现场或者经验值进行添加。

在本实施例中，所述搅拌速度可以为20r/min～80r/min，搅拌的时间可以为0.5小时～20小时。当然，本发明的搅拌速度和搅拌时间不限于此，均匀即可。

这里，需要说明的是，步骤S02和步骤S03并没有进行的先后顺序，两者可以同时进行。

本发明的另一方面提供了一种水泥基复合浆料。在本发明的水泥基复合浆料的一个示例性实施例中，所述水泥基复合浆料可以由以上所述的水泥基复合浆料制备方法制备得到。

本发明的再一方面提供了一种水泥基复合材料制备方法。在本发明的水泥基复合材料制备方法的一个示例性实施例中，所述制备方法可以包括以下步骤：

A，制备水泥基复合浆料。

在本实施例中，水泥基复合浆料的制备可以采用以上所述的水泥基复合浆料制备方法制备得到。

B，制备水泥基复合材料。

在本实施例中，可以将制备得到的水泥基复合浆料进行养护成型，得到水泥基复合材料。例如，可以将水泥基复合浆料倒入模具中室温陈化凝结，待水泥基浆料固化后，拆除模具放在水中养护，进而得到水泥基复合材料。

本发明的再一方面提供了一种水泥基复合材料。在本发明的水泥基复合材料的一个示例性实施例中，所述复合材料可以由以上所述的水泥基复合材料制备方法制备得到。

总的来讲，玄武岩纤维(BF)是一种新型的纤维，具有极高的抗拉强度，可以达到3000MPa以上，且抗腐蚀性强，耐高温，不仅能够提高水泥基复合材料的力学性能，而且能够提高水泥基复合材料的耐久性。玄武岩纤维的加入能够降低水泥基复合材料孔隙率和减少初始裂隙；同时玄武岩纤维能够传递荷载，使应力均匀分布，控制裂隙发育，从而提高力学性能。特别是显著增强水泥基复合材料的抗拉强度。通过对玄武岩纤维掺量的控制，也可以很大程度上改善水泥基复合材料的力学性能。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，利于均匀分散在水泥基复合材料中间，同时可以促进水泥水化制备出性能更优的复合材料。石墨烯材料比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高100倍，添加该材料到水泥中，充分利用改性能可以有效提升水泥基复合材料的综合力学性能。本发明将玄武岩纤维与氧化石墨烯进行结合应用到水泥基复合材料中可以制备出性能更优异的水泥基复合材料。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

在烧杯中加入180g水，加入45g氧化石墨烯水溶液(固含量为0.5wt％)，搅拌15min后超声1.5h。在450g水泥中加入0.25wt％的玄武岩纤维搅拌机中搅拌均匀。然后将超声好的氧化石墨烯水溶液倒入其中搅拌。再加入1350g标准砂，在水泥砂浆搅拌机中搅拌，得到水泥基复合浆料。

将水泥基复合浆料倒入模具中放标准养护箱陈化凝结，水泥固化后，拆除模具养护，得到水泥基复合材料。为了便于更好的说明，将得到的水泥基复合材料命名为BF/GO水泥(BF表示玄武岩纤维，GO表示氧化石墨烯)。

示例2(示例1对照例)

在450g水泥中加入0.25wt％的玄武岩纤维搅拌机中搅拌均匀，再将225g水倒入其中搅拌均匀。再加入1350g标准砂，在水泥砂浆搅拌机中搅拌。倒入模具中放标准养护箱陈化凝结，水泥固化后，拆除模具养护，制备得到产品，命名为BF/水泥。

如图2所示(图中的KX表示放大的倍数，图(b)为图(a)虚线方框部分的放大图，图(d)为图(c)虚线方框部分的放大图)，图(c)和(d)中可以明显看出只加有BF的混凝土样品断口形貌中在BF和水泥结合的地方有明显的裂纹这说明BF和复合材料结合处不够紧密，这也是该材料力学性能不如BF/GO水泥基复合材料的原因。相比之下，BF/GO水泥基复合材料中BF的接口处联系非常紧密(图(a)和(b))，这得益于氧化石墨烯的加入有利于促进水泥水化形成纤维状水泥晶体。BF/GO水泥与BF/水泥的力学性能比较如表1所示。

表1 BF/GO水泥和BF水泥的力学性能比较

表中可以明显看出BF/GO水泥的力学性能明显优异其示例2所制备得到的BF/水泥。

综上所述，本发明能够充分利用氧化石墨烯与玄武岩纤维的优异力学性能，能够在水泥水化过程中改变其结晶方式以形成更加致密的水泥基复合材料，能够增强纤维提高水泥基复合材料的力学性能及延长其寿命；本发明的制备工艺简单，生产方式绿色环保，环境污染小，能够实现大规模的实施应用。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种水泥基复合浆料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

称取质量比为(0.0001～0.1):1:(0.00005～0.1)的玄武岩纤维、水泥以及氧化石墨烯；

将所述玄武岩纤维与所述水泥均匀混合，得到玄武岩纤维与水泥混合物；

将氧化石墨烯均匀分散于水中，得到氧化石墨烯水溶液；

将所述玄武岩纤维与水泥混合物和所述氧化石墨烯水溶液均匀混合，加入填料，搅拌，得到水泥基复合浆料。

2.根据权利要求1所述的水泥基复合浆料制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水溶液的固含量为0.1wt％～2.0wt％。

3.根据权利要求1所述的水泥基复合浆料制备方法，其特征在于，所述玄武岩纤维的直径为10μm～200μm，直径为0.1mm～10mm。

4.根据权利要求1所述的水泥基复合浆料制备方法，其特征在于，所述将玄武岩纤维与水泥混合物和所述氧化石墨烯水溶液均匀混合步骤中还包括添加助剂，所述助剂包括分散剂、减水剂以及消泡剂。

5.根据权利要求1所述的水泥基复合浆料制备方法，其特征在于，所述填料与所述水泥的质量比为(2.5～3.3):1。

6.根据权利要求5所述的水泥基复合浆料制备方法，其特征在于，所述填料包括矿石或矿渣。

7.一种水泥基复合浆料，其特征在于，所述水泥基复合浆料由权利要求1至6中任意一项所述的水泥基复合浆料制备方法制备得到。

8.一种水泥基复合材料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

称取质量比为(0.0001～0.1):1:(0.00005～0.1)的玄武岩纤维、水泥以及氧化石墨烯；

将所述玄武岩纤维与所述水泥均匀混合，得到玄武岩纤维与水泥混合物；

将氧化石墨烯均匀分散于水中，得到氧化石墨烯水溶液；

将所述玄武岩纤维与水泥混合物和所述氧化石墨烯水溶液均匀混合，加入填料，搅拌，成型养护，得到水泥基复合材料。

9.根据权利要求8所述的水泥基复合材料制备方法，其特征在于，所述将玄武岩纤维与水泥混合物和所述氧化石墨烯水溶液均匀混合步骤中还包括添加助剂，所述助剂包括分散剂、减水剂以及消泡剂。

10.一种水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥基复合材料由权利要求8或9所述的水泥基复合材料制备方法制备得到。