CN111170699A - 环保型氧化石墨烯混凝土及制备方法 - Google Patents

环保型氧化石墨烯混凝土及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111170699A
CN111170699A CN202010096853.5A CN202010096853A CN111170699A CN 111170699 A CN111170699 A CN 111170699A CN 202010096853 A CN202010096853 A CN 202010096853A CN 111170699 A CN111170699 A CN 111170699A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene oxide
parts
concrete
environment
friendly
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.)
Pending
Application number
CN202010096853.5A
Other languages
English (en)
Inventor
吴玉友
刘长江
郑周练
陈松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Gaotu New Material Technology Co ltd
Original Assignee
Foshan Gaotu New Material Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foshan Gaotu New Material Technology Co Ltd filed Critical Foshan Gaotu New Material Technology Co Ltd
Priority to CN202010096853.5A priority Critical patent/CN111170699A/zh
Publication of CN111170699A publication Critical patent/CN111170699A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • C04B28/04—Portland cements
    • 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
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00017—Aspects relating to the protection of the environment
    • 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

Abstract

本发明公开了一种环保型氧化石墨烯混凝土，其原料按质量份比例包括：水泥276‑450份、水167份、天然河沙614‑744份、碎石1214‑1247份、聚羧酸高性能减水剂粉剂0.414‑13.5份、氧化石墨烯氧化石墨烯0.0276‑0.45份。本环保型氧化石墨烯混凝土中含有经过良好分散处理的氧化石墨烯，显著地提高了水泥混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂强度和弹性模量，大大提高了结构的耐久性和服役寿命。

Description

环保型氧化石墨烯混凝土及制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土生产技术领域，特别涉及一种环保型氧化石墨烯混凝土，以及制备该混凝土的方法。
背景技术
混凝土是我国最为广泛应用的土木工程材料之一，应用领域包括房屋建筑、桥梁、隧道、港口、码头、水电结构、核电结构等。根据报道，我国2014年、2015年、2016年、2017年、2018年商品混凝土的产量分别是11.7亿立方米、15.54亿立方米、16.41亿立方米、17.92亿立方米、19.59亿立方米、25.47亿立方米。对应的人均分别是1.14立方米(约2.73吨)、1.19立方米(约2.85吨)、1.30立方米(约3.12吨)、1.41立方米(约3.38吨)、1.82立方米(约4.38吨)。使得我国的商品混凝土总产量居全球首位。
混凝土具有明显的性能优势，例如抗压强度高、性能可调整范围大、硬化前拌合物有良好的可塑性等。但是，混凝土也友缺陷，例如自重大使工程结构如高层建筑和大跨度桥梁的重量大和造价高，并且抗拉强度低、延性差和易开裂等，在严酷环境下，抗氯离子、抗冻、抗碳化、抗腐蚀等性能降低，降低了结构的耐久性和服役寿命。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种环保型氧化石墨烯混凝土，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。
一种环保型氧化石墨烯混凝土，其原料按质量份比例包括：水泥276-450份、水167份、天然河沙614-744份、碎石1214-1247份、聚羧酸高性能减水剂粉剂0.414-13.5份、氧化石墨烯0.0276-0.45份。
进一步，所述氧化石墨烯的片层厚度为0.5-2纳米，片径为0.5-10微米。
进一步，所述水泥为普通硅酸盐水泥；优选地，所述水泥为P.O.42.5。
进一步，所述水为饮用水，水质必须符合行业标准《混凝土用水标准》(JGJ 63—2006)的规定。
进一步，所述天然河沙的细度模数为2.6，堆积密度为1450kg/m3。
进一步，所述碎石由玄武岩破碎所得，包括粒径5-10mm的小碎石、10-16mm的中碎石和16-20mm的大碎石，所述小碎石、中碎石、大碎石的质量比例为5:3:2。
进一步，所述聚羧酸高性能减水剂粉剂的减水率25％以上。根据GB8076-2008《混凝土外加剂》的定义，高性能减水剂是指比高效减水剂具有更高减水率、更好坍落度保持性能、较少干燥收缩，且具有一定引气性能的减水剂。所述聚羧酸高性能减水剂粉剂选自中铁路桥有限公司的TQN聚羧酸性能减水剂或具有相似性能的聚羧酸高性能减水剂粉剂。
另一方面，本发明还提供了制备上述环保型氧化石墨烯混凝土的方法，包括步骤：
1)使用电解水氧化法制备氧化石墨烯溶液；
2)将氧化石墨烯溶液与水混合，搅拌均匀后再与聚羧酸高性能减水剂粉剂混合，然后继续搅拌至均匀，获得制备氧化石墨烯混凝土的混合溶液；
3)将混合溶液、及混凝土其余原料进行复合，制备成环保型氧化石墨烯混凝土。
其中，步骤1)所述氧化石墨烯溶液的制备步骤如下：
Ⅰ)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；
Ⅱ)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；
Ⅲ)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。
所述步骤2)的具体处理流程为：常温下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。
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。
本发明与现有技术相比具有优点：
本环保型氧化石墨烯混凝土中含有经过良好分散处理的氧化石墨烯，显著地提高了水泥混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂强度和弹性模量，大大提高了结构的耐久性和服役寿命。
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：氧化石墨烯含量对混凝土抗压强度和抗折强度的影响测试。
原材料质量份数：水泥276份、水167份、天然河沙744份、碎石1214份、中铁路桥有限公司TQN聚羧酸性能减水剂固含量5.52份、氧化石墨烯0.1380-0.2208份，氧化石墨烯的片层主要厚度分布范围为0.5-2纳米、主要片径分布范围为0.5-10微米，具体如表1所示，其中混凝土1是基准混凝土，不添加氧化石墨烯。
表1
混凝土编号 水量 水泥 砂 碎石 聚羧酸高性能减水剂粉剂 氧化石墨烯
1 167 276 744 1214 5.52 0.0000
2 167 276 744 1214 5.52 0.1380
3 167 276 744 1214 5.52 0.2208
上述编号1-3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 BDA0002385664780000051
结果显示，添加氧化石墨烯后，环保型氧化石墨烯混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂强度、弹性模量都有了显著的提高。
实施例2：氧化石墨烯含量对混凝土抗压强度和抗折强度的影响测试。
原材料质量份数：水泥372份、水167份、天然河沙614份、碎石1247份、中铁路桥有限公司TQN聚羧酸性能减水剂粉剂(也可以使用其他具有类似性能的聚羧酸高性能减水剂粉剂)7.44份、氧化石墨烯0.1488-0.2604份，氧化石墨烯片层主要厚度分布范围为0.5～2纳米、主要片径分布范围为0.5-10微米，具体如表3所示，其中混凝土4是基准混凝土，不添加氧化石墨烯。
表3
Figure BDA0002385664780000052
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 BDA0002385664780000061
从两个性能影响测试的实施例可以看出，适当掺量氧化石墨烯与混凝土复合，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21.80-34.08％，10.76-16.53％和14.68-18.72％。这是归功于氧化石墨烯与混凝土复合，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。氧化石墨烯纳米混凝土弹性模量：适当掺量氧化石墨烯与混凝土复合，提高了弹性模量，提高范围4.72-9.27％。
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 (9)

1.一种环保型氧化石墨烯混凝土，其特征在于，其原料按质量份比例包括：水泥276-450份、水167份、天然河沙614-744份、碎石1214-1247份、聚羧酸高性能减水剂粉剂0.414-13.5份、氧化石墨烯0.0276-0.45份。
2.根据权利要求1所述的环保型氧化石墨烯混凝土，其特征在于，所述氧化石墨烯的片层厚度为0.5-2纳米，片径为0.5-10微米。
3.根据权利要求1所述的环保型氧化石墨烯混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥；优选地，所述水泥为P.O.42.5。
4.根据权利要求1所述的环保型氧化石墨烯混凝土，其特征在于，所述天然河沙的细度模数为2.6，堆积密度为1450kg/m3。
5.根据权利要求1所述的环保型氧化石墨烯混凝土，其特征在于，所述碎石由玄武岩破碎所得，包括粒径5-10mm的小碎石、10-16mm的中碎石和16-20mm的大碎石，所述小碎石、中碎石、大碎石的质量比例为5:3:2。
6.根据权利要求1所述的环保型氧化石墨烯混凝土，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。
7.环保型氧化石墨烯混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)使用电解水氧化法制备氧化石墨烯溶液；
2)将氧化石墨烯溶液与水混合，搅拌均匀后再与聚羧酸高性能减水剂粉剂混合，然后继续搅拌至均匀，获得制备氧化石墨烯混凝土的混合溶液；
3)将混合溶液、及混凝土其余原料进行复合，制备成环保型氧化石墨烯混凝土。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述氧化石墨烯溶液的制备步骤如下：
Ⅰ)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；
Ⅱ)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；
Ⅲ)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。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤2)的具体处理流程为：常温下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。
CN202010096853.5A 2020-02-17 2020-02-17 环保型氧化石墨烯混凝土及制备方法 Pending CN111170699A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010096853.5A CN111170699A (zh) 2020-02-17 2020-02-17 环保型氧化石墨烯混凝土及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010096853.5A CN111170699A (zh) 2020-02-17 2020-02-17 环保型氧化石墨烯混凝土及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111170699A true CN111170699A (zh) 2020-05-19

Family

ID=70646969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010096853.5A Pending CN111170699A (zh) 2020-02-17 2020-02-17 环保型氧化石墨烯混凝土及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111170699A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113372064A (zh) * 2021-06-23 2021-09-10 重庆烯达科技有限公司 氧化石墨烯改性水泥混凝土及其制备方法
CN114085058A (zh) * 2021-11-03 2022-02-25 深圳大学 高固化氯离子能力的氧化石墨烯复合水泥基胶凝材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103241983A (zh) * 2013-05-22 2013-08-14 陕西科技大学 氧化石墨烯改性聚羧酸系减水剂的制备方法
CN106431137A (zh) * 2016-09-21 2017-02-22 太原理工大学 石墨烯混凝土及其制备方法
CN107215867A (zh) * 2016-03-22 2017-09-29 中国科学院金属研究所 一种连续化制备氧化石墨烯微片的方法
CN108164212A (zh) * 2017-12-19 2018-06-15 佛山科学技术学院 一种c45氧化石墨烯混凝土及其制备方法
CN108298903A (zh) * 2018-01-31 2018-07-20 佛山科学技术学院 一种低成本氧化石墨烯混凝土及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103241983A (zh) * 2013-05-22 2013-08-14 陕西科技大学 氧化石墨烯改性聚羧酸系减水剂的制备方法
CN107215867A (zh) * 2016-03-22 2017-09-29 中国科学院金属研究所 一种连续化制备氧化石墨烯微片的方法
CN106431137A (zh) * 2016-09-21 2017-02-22 太原理工大学 石墨烯混凝土及其制备方法
CN108164212A (zh) * 2017-12-19 2018-06-15 佛山科学技术学院 一种c45氧化石墨烯混凝土及其制备方法
CN108298903A (zh) * 2018-01-31 2018-07-20 佛山科学技术学院 一种低成本氧化石墨烯混凝土及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113372064A (zh) * 2021-06-23 2021-09-10 重庆烯达科技有限公司 氧化石墨烯改性水泥混凝土及其制备方法
CN114085058A (zh) * 2021-11-03 2022-02-25 深圳大学 高固化氯离子能力的氧化石墨烯复合水泥基胶凝材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Improving the properties of recycled concrete aggregate with bio-deposition approach
CN110922142B (zh) 环保型氧化石墨烯改性超高性能混凝土及制备方法
CN108529984B (zh) 一种表面改性碳纤维增强高阻抗高抗拉强度水泥基3d打印基材及其制备方法
CN113307597B (zh) 一种纳米再生混凝土、加工工艺及应用
CN104446176A (zh) 一种水泥基复合材料及其压敏传感器
CN108117335A (zh) 一种掺粉煤灰的氧化石墨烯混凝土及其制备方法
CN113443885B (zh) 一种灌浆材料及其制备方法
CN103058541A (zh) 氧化石墨烯作为水泥早期强度增强剂的应用
CN107200524B (zh) 一种超高强度和高黏结性能纤维增强混凝土及其制备方法
CN108298903A (zh) 一种低成本氧化石墨烯混凝土及其制备方法
CN107540285B (zh) 一种使用废弃牡蛎壳制备磨细玻璃粉建筑砂浆的方法
CN111170699A (zh) 环保型氧化石墨烯混凝土及制备方法
CN108164214A (zh) 一种掺微珠粉煤灰的c70高性能氧化石墨烯混凝土及其制备方法
WO2021082105A1 (zh) 一种海工掺合料
CN111233399A (zh) 一种环保型氧化石墨烯超高性能混凝土及制备方法
Yu et al. Enhancing the mechanical and functional performance of carbon fiber reinforced cement mortar by the inclusion of a cost-effective graphene nanofluid additive
CN108147723A (zh) 一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩
CN110218044A (zh) 一种无粗骨料核电牺牲混凝土及其制备方法
CN112851247B (zh) 一种抗海水腐蚀的纳米水泥土及其制备方法
CN112028534B (zh) 一种早强型减水剂、生产工艺及其应用
Yang et al. Effect of graphenene nanoplatelets on microstructure and properties of cement mortar under simulated acid rain
CN112062486B (zh) 一种低温水泥及其制备方法
CN111153622A (zh) 氧化石墨烯聚羧酸系高性能减水剂及制备方法
Zhang et al. Grey prediction model for drying shrinkage of cement concrete made from recycled coarse aggregate containing superabsorbent polymers
CN108164212A (zh) 一种c45氧化石墨烯混凝土及其制备方法

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
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20211011

Address after: 400000 No. 15-6, Fengsheng Road, Jiulongpo District, Chongqing

Applicant after: Chongqing gaotu New Material Technology Co.,Ltd.

Address before: 528000 room a312-89, block a, phase I, think tank City, Nanhai Industrial Park, Taoyuan Road, software park, Shishan town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province

Applicant before: Foshan gaotu New Material Technology Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200519

RJ01 Rejection of invention patent application after publication