CN114477881B - 一种石墨烯混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型石墨烯混凝土，包括石墨烯混合液、水泥，骨料；其中石墨烯混合液为阳离子改性石墨烯混合液；其中骨料由粗骨料与细骨料组成。该混凝土的制备方法是：1)将氧化石墨烯与水混合，超声处理得到分散液；将氧化石墨烯与有机胺混合，水浴反应得到胺化石墨烯；将胺化石墨烯与阳离子聚合物混合，反应后得到阳离子改性石墨烯预混液；将阳离子改性石墨烯预混液加入烯丙基胺、丙烯酸酯得到阳离子改性石墨烯混合液；2)将水泥、水、阳离子改性石墨烯混合液充分混合后，加入细骨料充分搅拌，再加入粗骨料充分混合后既得。

Description

一种石墨烯混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种石墨烯混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是应用最广泛的建筑材料之一，其因材料来源广、力学性能可调、硬化前可塑性良好且可用钢筋增强而成为使用最成功的结构工程材料。但是混凝土自身也存在抗折强度低、韧性差等缺点。因此需要不断推动超高性能混凝土材料的发展，以便适合未来新兴的结构应用。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。作为一种由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，它是目前进入应用领域中最薄的材料和最强韧的材料。
那么是否可以将石墨烯应用到混凝土领域以提高混凝土的理化性质，提高混凝土的耐久性和机械性能是目前有待研究的课题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是发明一种新型石墨烯混凝土及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种新型石墨烯混凝土，包括石墨烯混合液、水泥，骨料；其中石墨烯混合液为阳离子改性石墨烯混合液；其中骨料由粗骨料与细骨料组成。
优选的，按质量份计，石墨烯混合液为10～20份，水泥30～40份，骨料100～150份。
优选的，石墨烯混合液中含有烯丙基胺、丙烯酸酯。
优选的，阳离子改性石墨烯混合液的制备方式是：将氧化石墨烯与水混合，超声处理得到分散液；将氧化石墨烯与有机胺混合，水浴反应得到胺化石墨烯；将胺化石墨烯与阳离子聚合物溶液混合，反应后得到阳离子改性石墨烯预混液；将阳离子改性石墨烯预混液加入烯丙基胺、丙烯酸酯得到阳离子改性石墨烯混合液。
优选的，阳离子改性石墨烯混合液的制备方法是：将3～5质量份的氧化石墨烯与70～100质量份的水混合，超声处理，得到氧化石墨烯分散液；将氧化石墨烯分散液与8～12份的有机胺混合，水浴反应，得到胺化石墨烯；将胺化石墨烯与2～10质量份的阳离子聚合物混合，水浴反应，得到阳离子改性石墨烯预混液；将将阳离子改性石墨烯预混液加入5～10质量份的烯丙基胺、6～12质量份的丙烯酸酯，得到阳离子改性石墨烯混合液。
优选的，有机胺为有机胺选自二甲基乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、3-丙醇胺、异丙醇胺、甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺、丁酰胺、异丁酰胺、丙烯酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的至少一种。
优选的，阳离子聚合物选自聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯亚胺、阳离子聚丙烯酰胺中的至少一种。
优选的，制备胺化石墨烯时，水浴条件为：温度70℃～90℃，反应的时间为18h～36h；制备阳离子改性石墨烯预混液时，水浴条件为：温度40℃～60℃，反应的时间为10h～12h。
优选的，骨料中，粗骨料与细骨料的质量比为2～3：1。
一种新型石墨烯混凝土的制备方法，其步骤是：1)将氧化石墨烯与水混合，超声处理得到分散液；将氧化石墨烯与有机胺混合，水浴反应得到胺化石墨烯；将胺化石墨烯与阳离子聚合物混合，反应后得到阳离子改性石墨烯预混液；将阳离子改性石墨烯预混液加入烯丙基胺、丙烯酸酯得到阳离子改性石墨烯混合液；2)将水泥、水、阳离子改性石墨烯混合液充分混合后，加入细骨料充分搅拌，再加入粗骨料充分混合后既得。
本发明的有益效果是，获得一种新型石墨烯混凝土，不仅具有较高的理化强度，并且具有较为平衡的坍落度，凝结时间稳定，适合广泛的应用
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1
1、制备阳离子改性石墨烯
1)取4kg的氧化石墨烯，100kg的纯水投入搅拌缸中，450r/min搅拌30分钟，再将物料移至双层玻璃反应釜中超声30分钟，超声功率为1.2kW/h。
2)启动恒温装置，在水浴80℃的温度下，缓慢加入10kg的丙烯酰胺，在600r/min转速下，反应24小时。
3)将8kg阳离子聚丙烯酰胺加入上述物料中搅拌均匀，60℃共浴10小时。
4)将5kg的烯丙基胺、6kg的丙烯酸酯加入到阳离子改性石墨烯预混液，得到阳离子改性石墨烯混合液。
2、制备新型石墨烯混凝土
1)将10kg的阳离子改性石墨烯混合液，40kg水泥，30kg水，充分混匀；
2)加入100kg碎石以及50kg细沙，充分搅拌。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，阳离子聚合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，制备阳离子改性石墨烯有机胺用的是丙酰胺。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，制备混凝土时加入20kg的阳离子改性石墨烯
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，制备混凝土时加入30kg的阳离子改性石墨烯.
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，制备阳离子改性石墨烯时，加入10kg的烯丙基胺、12kg的丙烯酸酯
对比例1
对比例1的混凝土按照如下进行制备：
1)将10kg的氧化石墨烯混合液，40kg水泥，30kg水，充分混匀；
2)加入80kg碎石以及20kg细沙，充分搅拌。
对比例2
按照以下方式制备混凝土：
1)将40kg水泥，30kg水，充分混匀；
2)加入100kg碎石以及50kg细沙，充分搅拌。
将对比例1～2，实施例1～6进行检测，结果如下：
Figure GDA0004043636990000041
Figure GDA0004043636990000051
有上述表格可知，本发明的技术方案可以显著提高混凝土的理化系数。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种石墨烯混凝土，其特征在于，所述混凝土按质量份计，包括石墨烯混合液10～20份、水泥30～40份，骨料100～150份；其中
石墨烯混合液为阳离子改性石墨烯混合液；其中骨料由粗骨料与细骨料组成；所述阳离子改性石墨烯混合液的制备方法是：将3～5质量份的氧化石墨烯与70～100质量份的水混合，超声处理，得到氧化石墨烯分散液；将氧化石墨烯分散液与8～12份的有机胺混合，水浴反应，得到胺化石墨烯；将胺化石墨烯与2～10质量份的阳离子聚合物混合，水浴反应，得到阳离子改性石墨烯预混液；将阳离子改性石墨烯预混液加入5～10质量份的烯丙基胺、6～12质量份的丙烯酸酯，得到阳离子改性石墨烯混合液。
2.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土，其特征在于，所述有机胺为有机胺选自二甲基乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、3-丙醇胺、异丙醇胺、甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺、丁酰胺、异丁酰胺、丙烯酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土，其特征在于，所述阳离子聚合物选自聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯亚胺、阳离子聚丙烯酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土，其特征在于，制备胺化石墨烯时，水浴条件为：温度70℃～90℃，反应的时间为18h～36h；制备阳离子改性石墨烯预混液时，水浴条件为：温度40℃～60℃，反应的时间为10h～12h。
5.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土，其特征在于，所述骨料中，粗骨料与细骨料的质量比为2～3：1。
6.根据权利要求1～5任一项所述石墨烯混凝土制备方法，其步骤是：1)将氧化石墨烯与水混合，超声处理得到分散液；将氧化石墨烯与有机胺混合，水浴反应得到胺化石墨烯；将胺化石墨烯与阳离子聚合物混合，反应后得到阳离子改性石墨烯预混液；将阳离子改性石墨烯预混液加入烯丙基胺、丙烯酸酯得到阳离子改性石墨烯混合液；2)将水泥、水、阳离子改性石墨烯混合液充分混合后，加入细骨料充分搅拌，再加入粗骨料充分混合后既得。
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