CN111153622A - 氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂及制备方法 - Google Patents

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詹根瑞
陈松
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Abstract

本发明公开了一种氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，包括步骤：1)制备低阶插层的插层石墨连续材料；2)制备氧化石墨；3)制备氧化石墨烯溶液；4)将氧化石墨烯溶液与水混合稀释，以每分钟2500‑3000转的转速搅拌，然后与聚羧酸高性能减水剂粉剂混合，再搅拌均匀，之后用氢氧化钠调节pH至中性。本氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂在制备过程中几乎不消耗硫酸，且可重复使用，有效地避免了环境污染风险，同时也节约了生产成本。另外在制备混合过程中免除了超声分散设备和减少了制备工序环节，降低了设备了成本。

Description

氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂及制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土用减水剂生产技术领域，特别涉及一种氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂，以及制备该减水剂的方法。
背景技术
聚羧酸系减水剂，特别是氧化石墨烯聚羧酸系减水剂的发展，为上述问题提供了解决的途径，研究表明：添加适当掺量的氧化石墨烯聚羧酸系减水剂，促进了水泥水化，改善了混凝土的微观孔结构，能够在纳米尺度上抑制了裂纹的扩展，因此提高了混凝土的抗拉强度、抗折强度、抗压强度等和抗氯离子渗透、抗混凝土碳化、抗冻融等等，并且降低水泥的用量。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
一种氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，包括步骤：
1)常温下以柔性石墨卷材为原料，进行干燥处理和切片后，完全浸入装有浓度为98％的浓硫酸溶液的器皿中，以柔性石墨卷材为阳极，铂线为阴极，通入电压为1.6伏的直流电约20分钟，使柔性石墨卷材形成低阶插层的插层石墨连续材料；
2)常温下将插层石墨连续材料取出并移去吸附的浓硫酸，然后完全浸入存有浓度为50％的稀硫酸溶液的器皿中，以插层石墨连续材料为阳极，铂线为阴极，在电解质溶液中通入电压为5伏的直流电进行电解剥离约1分钟，得到氧化石墨；
3)经蒸馏水清洗干净氧化石墨上吸附的稀硫酸，在水中进行超声波分散处理，从而获得氧化石墨烯溶液；
4)将氧化石墨烯溶液与水混合稀释，以每分钟2500-3000转的转速搅拌，然后与聚羧酸高性能减水剂粉剂混合，再搅拌均匀，之后用氢氧化钠调节pH至中性。
其中，步骤3)所制得的氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯固含量为0.8-1.1％；优选地，所述氧化石墨烯的纯度＞99％，单层率＞91％。步骤4)于常温下进行；且所述聚羧酸高性能减水剂粉剂的减水率25％以上。所述聚羧酸高性能减水剂粉剂与氧化石墨烯之比为(25～67):1。
氧化石墨烯制备过程不消耗硫酸，且可重复使用，有效地避免了环境污染风险，符合我国新时代下产业发展方向。并且制备过程不消耗硫酸，且可回收利用，也大幅度降低氧化石墨烯制备过程的耗水量，因此节约了成本。
上述方法制得的氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂应用于调配混凝土。能够有效提高所得混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂强度及提升弹性模量。
本发明与现有技术相比具有优点：
本氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂在制备过程中几乎不消耗硫酸，且可重复使用，有效地避免了环境污染风险，同时也节约了生产成本。另外在制备混合过程中免除了超声分散设备和减少了制备工序环节，降低了设备了成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1：氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂对混凝土28天抗压强度、28天抗折强度、28天劈裂强度及28天弹性模量的影响测试。
氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂固量范围5.52份，pH＝7.0，其中原料聚羧酸系高性能减水剂与氧化石墨烯的配比见表1。其余混凝土原材料质量份数：水泥276份、水167份、天然河沙744份、碎石1214份。具体质量份数如表1所示，其中混凝土1是基准混凝土，不添加氧化石墨烯。混凝土制备和养护按照中华人民共和国家标准“GBT 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准”进行。
表1
Figure BDA0002385774550000031
上述编号1-5的混凝土28天抗压强度、28天抗折强度、28天劈裂强度及28天弹性模量如表2所示。
表2
Figure BDA0002385774550000032
Figure BDA0002385774550000041
结果显示，使用氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂制备的混凝土，其抗压强度、抗折强度、劈裂强度、弹性模量都相较于常规混凝土有了显著的提高。
实施例2：氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂对混凝土28天抗压强度、28天抗折强度、28天劈裂强度及28天弹性模量的影响测试。
氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂固量范围5.52份，pH＝7.0，其中原料聚羧酸系高性能减水剂与氧化石墨烯的配比见表3。其余混凝土原材料质量份数：水泥372份、水167份、天然河沙614份、碎石1247份。表3所示混凝土1是基准混凝土，不添加氧化石墨烯。混凝土制备和养护按照中华人民共和国家标准“GBT 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准”进行。
表3
Figure BDA0002385774550000042
28天抗压强度、28天抗折强度、28天劈裂强度及28天弹性模量如表4所示。
表4
Figure BDA0002385774550000043
Figure BDA0002385774550000051
从两个性能影响测试的实施例可以看出，适当比例的氧化石墨烯聚羧酸高性能减水剂与混凝土复合，能显著地提高了混凝土抗压强度、抗折强度和劈裂强度，提高范围分别是12.85-34.08％,5.66-15.00％和14.85-24.38％。这是归功于氧化石墨烯均匀地分散于减水剂之中，使得能够充分、良好地与混凝土复合，促进了水泥水化，改善混凝土微观结构，并且氧化石墨烯纳米混凝土可以从微观纳米尺度上阻止裂纹的扩展，因此有效地提高了混凝土性能。同时，也提高了弹性模量，提高范围3.97-9.33％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)常温下以柔性石墨卷材为原料，进行干燥处理和切片后，完全浸入装有浓度为98％的浓硫酸溶液的器皿中，以柔性石墨卷材为阳极，铂线为阴极，通入电压为1.6伏的直流电约20分钟，使柔性石墨卷材形成低阶插层的插层石墨连续材料；
2)常温下将插层石墨连续材料取出并移去吸附的浓硫酸，然后完全浸入存有浓度为50％的稀硫酸溶液的器皿中，以插层石墨连续材料为阳极，铂线为阴极，在电解质溶液中通入电压为5伏的直流电进行电解剥离约1分钟，得到氧化石墨；
3)经蒸馏水清洗干净氧化石墨上吸附的稀硫酸，在水中进行超声波分散处理，从而获得氧化石墨烯溶液；
4)将氧化石墨烯溶液与水混合稀释，以每分钟2500-3000转的转速搅拌，然后与聚羧酸高性能减水剂粉剂混合，再搅拌均匀，之后用氢氧化钠调节pH至中性。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所制得的氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯固含量为0.8-1.1％；优选地，所述氧化石墨烯的纯度＞99％，单层率＞91％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤4)于常温下进行。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚羧酸高性能减水剂粉剂的减水率25％以上。
5.一种氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂，其特征在于，由权利要求1至4任一项所述的制备方法制得。
6.根据权利要求5所述的氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂，其特征在于，所述聚羧酸高性能减水剂粉剂与氧化石墨烯之比为(25～67):1。
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