CN111285647A - 一种环保型氧化石墨烯砂浆及制备方法 - Google Patents

一种环保型氧化石墨烯砂浆及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111285647A
CN111285647A CN202010096864.3A CN202010096864A CN111285647A CN 111285647 A CN111285647 A CN 111285647A CN 202010096864 A CN202010096864 A CN 202010096864A CN 111285647 A CN111285647 A CN 111285647A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene oxide
mortar
solution
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
CN202010096864.3A
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 CN202010096864.3A priority Critical patent/CN111285647A/zh
Publication of CN111285647A publication Critical patent/CN111285647A/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
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/198—Graphene oxide
    • 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
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/022—Carbon
    • C04B14/024—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/02—Single layer graphene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
    • C01B2204/28—Solid content in solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
    • C01B2204/30—Purity
    • 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
    • C04B2111/00008—Obtaining or using nanotechnology related materials
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种环保型氧化石墨烯砂浆，包括以下质量份数的原料：水泥1份、水0.4份、天然河沙3份、聚羧酸高性能减水剂粉剂0.0015‑0.003份、氧化石墨烯0.0001‑0.001份。其制备方法包括：1)制备氧化石墨烯溶液；2)制备含有氧化石墨烯砂浆的混合溶液；3)制备成环保型氧化石墨烯砂浆；其中氧化石墨烯溶液的制备步骤包括：Ⅰ)获得低阶插层的插层石墨连续材料；Ⅱ)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。

Description

一种环保型氧化石墨烯砂浆及制备方法
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砂浆，以及制备该砂浆的方法。
背景技术
水泥砂浆是建筑工程领域最重要的建筑材料之一，它具有较高抗压强度，但高脆性、抗拉强度低等。近年来，利用氧化石墨烯来改进水泥砂浆的性能取得了非常可喜成果，研究表明：氧化石墨烯与水泥砂浆的复合，明显地提高了水泥砂浆的力学性能和抗渗性能。
目前，典型的氧化石墨烯砂浆的制备主要包括如下3个主要程序：
一、使用传统化学氧化法制备获得的氧化石墨烯：传统化学氧化法中，最常用的是基于Hummer法的的诸多改进方法，这些方法制备氧化石墨烯的特点是：以浓硫酸和高锰酸钾形成的液态复合氧化剂为基础，配合其它氧化性物质(如硝酸钠、过硫酸钠、五氧化二磷等)来实现对石墨的氧化；在氧化的基础上利用水解反应生成氧化石墨；化学氧化法制备氧化石墨烯粒径范围不易控制；
二、将氧化石墨烯与高性能减水剂混合，并对混合溶液搅拌，之后采用超声技术对混合溶液进行分散处理；
三、将超声处理后的混合溶液、水泥和砂等进行复合，制备成高性能氧化石墨烯砂浆。
上述方法有如下4个方面缺陷：
1、严重的环境污染风险，主要体现在：石墨的氧化过程需要同时消耗大量的浓硫酸和高锰酸钾，石墨与两种反应物质的典型比例分别为1：40和1：3；反应结束后又需要消耗大量的水将其从氧化石墨中洗脱，导致氧化石墨烯的制备通常伴随着大量含酸及重金属离子废水的排放，其比例通常会达到1：1000以上。
2、由于杂质的存在，使得废酸的回收利用成本高，这是导致氧化石墨烯价格较高的主要原因之一。
3、氧化石墨烯粒径范围不易控制，影响了砂浆力学性能和耐久性等。
4、采用超声技术对氧化石墨烯和高性能减水剂的混合溶液进行分散处理，增加了制备设备和制备工序环节，进一步增加了成本。
因此，使用传统化学氧化法制备的氧化石墨烯来规模化生产氧化石墨烯砂浆，不仅会导致严重的环境污染风险，而且价格也高，不利于氧化石墨烯砂浆的产业化和工程应用。同时，氧化石墨烯砂浆的性能也与氧化石墨烯粒径范围等因素紧密相关。因此，发展一种具有合理氧化石墨烯粒径范围、环保型和低成本的氧化石墨烯砂浆势在必行。
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砂浆，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砂浆，包括以下质量份数的原料：水泥1份、水0.4份、天然河沙3份、聚羧酸高性能减水剂粉剂0.0015-0.003份、氧化石墨烯0.0001-0.001份。
进一步，所述氧化石墨烯的片层厚度分布范围为0.5-2纳米，片径分布范围为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，所述天然河沙细度模数为2.6，堆积密度为1450kg/m3。
进一步，所述聚羧酸高性能减水剂粉剂的减水率范围20％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。
另一方面，本发明还提供了制备上述环保型氧化石墨烯砂浆的制备方法，具体包括以下步骤：
1)制备氧化石墨烯溶液；
2)将氧化石墨烯溶液与水混合稀释，搅拌均匀后加入聚羧酸高性能减水剂粉剂，再次搅拌均匀后获得含有氧化石墨烯砂浆的混合溶液；
3)将水泥、砂和混合溶液进行复合，制备成环保型氧化石墨烯砂浆；
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。
步骤1)制得的氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯为0.8-1.1％；所述氧化石墨烯的纯度＞99％，单层率＞91％。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。
本发明与现有技术相比具有优点：
氧化石墨烯溶液的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。避免了采用超声技术对氧化石墨烯和高性能减水剂的混合溶液进行分散处理，免除了超声分散设备和减少了制备工序环节，因此进一步降低了制备了成本。
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：氧化石墨烯含量对砂浆抗压强度和抗折强度的影响测试。
氧化石墨烯砂浆实例及原材料配合比如表1所示。
表1
Figure BDA0002385664920000051
本实施例的聚羧酸高性能减水剂粉剂为西卡Sika VisCocrete-540。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。
上述编号M0-M3的砂浆28天的抗压强度和抗折强度如表2所示。
表2
Figure BDA0002385664920000052
结果表明：针对水泥基环境，对氧化石墨烯进行分散性处理，在优化的掺量和氧化石墨烯与聚羧酸高性能减水剂粉剂的比例下，28天砂浆抗压强度和抗折强度都得到提高，具体如下：
实例M1：砂浆抗压强度从58.52MPa(基准砂浆)增加到66.70MPa，提高了13.96％；抗折强度从8.73MPa(基准砂浆)增加到9.55MPa，提高了9.43％。
实例M2：砂浆抗压强度从58.52MPa(基准砂浆)增加到70.56MPa，提高了20.55％；抗折强度从8.73MPa(基准砂浆)增加到9.55MPa，提高了14.58％。
实例M3:砂浆抗压强度从58.52MPa(基准砂浆)增加到72.84MPa，提高了24.45％；抗折强度从8.73MPa(基准砂浆)增加到10.82MPa，提高了23.96％。
可见，氧化石墨烯与砂浆复合，显著地提高砂浆的抗压和抗折强度。
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 (8)

1.一种环保型氧化石墨烯砂浆，其特征在于，包括以下质量份数的原料：水泥1份、水0.4份、天然河沙3份、聚羧酸高性能减水剂粉剂0.0015-0.003份、氧化石墨烯0.0001-0.001份。
2.根据权利要求1所述的环保型氧化石墨烯砂浆，其特征在于，所述氧化石墨烯的片层厚度分布范围为0.5-2纳米，片径分布范围为0.5-10微米。
3.根据权利要求1所述的环保型氧化石墨烯砂浆，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砂浆，其特征在于，所述天然河沙细度模数为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砂浆，其特征在于，所述聚羧酸高性能减水剂粉剂的减水率范围20％以上。
6.一种环保型氧化石墨烯砂浆的制备方法，其特征在于，包括步骤：
1)制备氧化石墨烯溶液；
2)将氧化石墨烯溶液与水混合稀释，搅拌均匀后加入聚羧酸高性能减水剂粉剂，再次搅拌均匀后获得含有氧化石墨烯砂浆的混合溶液；
3)将水泥、砂和混合溶液进行复合，制备成环保型氧化石墨烯砂浆；
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。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所制得的氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯为0.8-1.1％；优选地，所述氧化石墨烯的纯度＞99％，单层率＞91％。
8.根据权利要求6或7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。
CN202010096864.3A 2020-02-17 2020-02-17 一种环保型氧化石墨烯砂浆及制备方法 Pending CN111285647A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010096864.3A CN111285647A (zh) 2020-02-17 2020-02-17 一种环保型氧化石墨烯砂浆及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010096864.3A CN111285647A (zh) 2020-02-17 2020-02-17 一种环保型氧化石墨烯砂浆及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111285647A true CN111285647A (zh) 2020-06-16

Family

ID=71026862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010096864.3A Pending CN111285647A (zh) 2020-02-17 2020-02-17 一种环保型氧化石墨烯砂浆及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111285647A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN108101040A (zh) * 2017-12-19 2018-06-01 佛山科学技术学院 一种低成本氧化石墨烯砂浆及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN108101040A (zh) * 2017-12-19 2018-06-01 佛山科学技术学院 一种低成本氧化石墨烯砂浆及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107285707B (zh) 一种含粗骨料的c220强度等级的超高性能纤维混凝土及其制备方法
Khaliq et al. Crack healing in concrete using various bio influenced self-healing techniques
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
WO2020029550A1 (zh) 一种用于3d打印建造的再生粉体混凝土及制备方法
Higashiyama et al. A visual investigation on chloride ingress into ceramic waste aggregate mortars having different water to cement ratios
CN108117335A (zh) 一种掺粉煤灰的氧化石墨烯混凝土及其制备方法
CN110857246A (zh) 一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆及其制备方法
CN108298903A (zh) 一种低成本氧化石墨烯混凝土及其制备方法
CN111233399A (zh) 一种环保型氧化石墨烯超高性能混凝土及制备方法
CN112010595A (zh) 一种高强半再生粗骨料混凝土制备方法
CN107352916B (zh) 一种含粗骨料的c210强度等级的超高性能纤维混凝土及其制备方法
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
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
CN108440018A (zh) 混凝土表面防护的方法及所得表面防护型混凝土
Zhang et al. Research progress on properties of cement-based composites incorporating graphene oxide
CN111170699A (zh) 环保型氧化石墨烯混凝土及制备方法
CN110218044A (zh) 一种无粗骨料核电牺牲混凝土及其制备方法
Hosseini et al. Influence of ground granulated blast furnace slag on mechanical properties and durability of graphene oxide‐reinforced cementitious mortars
CN111285647A (zh) 一种环保型氧化石墨烯砂浆及制备方法
Kolli Experimental investigation on mechanical properties of fly ash-GGBFS based GO-geopolymer concrete using mineral sand (Quartz-Feldspar) as fine aggregate
Yang et al. Effect of graphenene nanoplatelets on microstructure and properties of cement mortar under simulated acid rain
Guo Calcined clay and limestone as partial replacements of portland cement: Electrochemical corrosion behavior of low carbon steel rebar as concrete reinforcement in corrosive environment
Lu et al. Graphene oxide nano-engineered recycled aggregate concrete for sustainable construction: A critical review
Qidong et al. Effect of graphene oxide on strength and interfacial transition zone of recycled aggregate concrete

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
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210929

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.

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200616