[发明专利]增韧增强水泥及其制备方法

说明书

本发明涉及一种增韧增强水泥及其制备方法。所述制备方法引入石墨烯或功能性石墨烯对水泥进行增韧增强改性，解决改性应用时石墨烯分散性差，以及功能化石墨烯浓度低、性能下降，从而造成水泥基材料性能改进有限的问题。所述制备方法包括以下步骤：(1)向温度不低于150℃的熟料上喷洒石墨烯和/或功能化石墨的水分散液，使熟料冷却；(2)粉磨，得到增韧增强水泥。优选的，步骤(2)中，喷洒的石墨烯或功能化石墨烯的水分散液中固体重量占熟料重量的0.01％‑1％。步骤(2)中，优选在熟料温度为250‑1380℃(更优选为350‑800℃，最优选为500‑700℃)时喷洒石墨烯和/或功能化石墨的水分散液。

技术领域

本发明涉及一种增韧增强水泥及其制备方法，属于建筑材料领域。

背景技术

水泥混凝土作为全世界用量最大的复合材料，具有可塑性好、抗压强度高的优点；随着现代混凝土水胶比的降低和服役环境的复杂化，混凝土脆性特征带来的易开裂的缺点被放大，在海洋环境、冻融环境、盐碱地和极度干旱的环境下耐久性问题也日益突出。工程中为了弥补其脆性高、韧性差的缺点，常用配筋的方式进行改进。随着科学技术的进步，尤其是交叉学科的发展，多种复合材料被广泛用于改善混凝土脆性；最常用的是各种纤维和高分子聚合物溶液及乳液。

纤维主要起物理桥连作用，在从水泥基材料基体拔出过程中，通过分散裂纹端部的应力集中发挥增韧作用。纤维的强度和弹性模量对增韧效果至关重要，传统低强、低模(＜10GPa)的纤维只对塑性收缩开裂具有抑制作用，没有增韧效果；另外，纤维的分散难题及界面微裂纹，都制约着纤维的增韧效果。

目前用于水泥基材料改性的聚合物局限于丁苯乳液、丙烯酸乳液、苯丙乳液等聚合物，所述聚合物存在力学性能差、结构可调范围小的缺点，抗拉强度仅仅为1-10MPa。

石墨烯是由碳六元环组成的二维材料，具有优异的力学性能、导热性和导电性等优点，是人类已知强度最高的物质，其抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa，强度约为普通钢的100倍，将石墨烯或功能化石墨烯用于水泥基复合材料具有多种优点。专利文献CN 105801047A提出一种石墨烯水泥基智能混凝土材料，实现对结构构件的无损实时监测；专利文献CN103130466A提出一种石墨烯/水泥基体复合材料，提升了复合材料的力学性能和电学性能；专利文献CN103130436A提出一种氧化石墨烯和石墨烯增强水泥基复合材料，改善了复合材料的抗折强度、抗拉强度和电导率等性能。专利文献CN106082837A提供了一种石墨烯导电混凝土，加入石墨烯作为导电相构成石墨烯导电混凝土。专利文献CN105541210A公开了一种氧化石墨烯混凝土，提高了混凝土的强度、抗渗性和耐久性，使同配比混凝土强度提高30％～46％。

石墨烯类材料在水泥基材料应用中存在的最大问题是石墨烯的分散性差。作为一种纯碳元素组成的物质，石墨烯在水中的分散性极差，几乎为完全不溶，导致其与水泥基材料的相容性很差，在水泥基材料中团聚严重难以分散，目前最常用的解决方法是用乳化剂进行预乳化，一般的乳化剂为SDS、平平加或烷基酚类乳化剂；此类乳化剂存在乳化效果差、易沉淀和易导致混凝土引气的缺点。另一种提升石墨烯的水分散性途径是对石墨烯进行化学共价改性制备出水中具有一定分散作用的功能性石墨烯，如氧化石墨烯、磺酸化石墨烯等，这种方法可以增加石墨烯的水溶性，同时对混凝土的合气量不会造成太大的影响，但其也存在浓度低(一般不超过1％)，导致同水胶比条件下难以增加掺量，以及因为改性导致功能化石墨烯力学性能、导电性能和导热性能等降低，使得水泥基材料性能改进有限的缺点。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供一种增韧增强水泥的制备方法，引入石墨烯或功能性石墨烯对水泥进行增韧增强改性，解决改性应用时石墨烯分散性差，以及功能化石墨烯浓度低、性能下降，从而造成水泥基材料性能改进有限的问题。

本发明的另一个目的是提供上述方法制备的增韧增强水泥。

发明概述