[发明专利]一种修饰的石墨烯改性水泥基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种修饰的多层石墨烯改性水泥基复合材料，其特征在于，按照重量份计，包括30‑50份水泥、50‑80份石英砂、10‑20份粉煤灰、5‑10份增强纤维、3‑7份修饰的多层石墨烯、1‑3份萘系高效减水剂、1‑2份消泡剂、10‑30份水。本发明首次采用羧基和聚酰胺‑胺类树枝状高分子共同修饰多壁碳纳米管，可以显著地改善抗压强度、抗折强度等性能；通过增强纤维在浆体结构中均匀分散从而与水泥基料结合牢固，进而提高了水泥基复合材料的抗裂性能和优异的抗冲击性能。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种修饰的石墨烯改性水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

水泥基复合材料广泛应用于基础建设以及工程建筑，随着时代的发展，普通复合材料仍然存在不少不足，近年来采用碳纳米管、碳纤维和石墨烯等纳米材料对水泥基复合材料的改性、增强取得了不少进步。石墨烯优异的力学、电学、热学性能，使其成为增强水泥基材料抗拉强度、韧性和电学性能的重要材料。凭借其在基体中的体积效应、表面效应、填充效应，石墨烯在改善水泥基材料的抗拉强度、韧性、渗透性以及耐久性等方面展现出良好的应用前景。

中国专利CN110857246A公开了一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，其特征在于，以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，所述氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.01-0.07wt％，所述减水剂的掺量为水泥固体质量的0.198-0.306wt％。中国专利CN110183181A公开了一种改性水泥基复合材料的制备方法，包括如下重量份的组分：360-480份水泥，200-300份水，0.08-0.5份氧化石墨烯，0.5-5份聚羧酸减水剂，10-100份硅灰，1300-1400份标准砂。

然而，对于石墨烯应用于水泥基复合材料都已经属于现有技术了，但是基本都需要对石墨烯进行改性。这是因为石墨烯、碳纳米管等对性能的提升在于其分散性，如果分散不均匀容易导致水泥基复合材料内部增强不均，会致使其出现受力分布不均。石墨烯片层之间的π-π键以及范德华力的存在使其容易团聚，难以制备均一稳定的石墨烯分散液、石墨烯自身的团聚性以及与水泥基复合材料中的其他组分的相容性也导致其难以在水泥基复合材料中分散均匀，从而不能充分发挥其增强作用。如何从现有技术中寻求更有效的石墨烯修饰的方法依然是研究的重点。

发明内容

本发明的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种修饰的石墨烯改性水泥基复合材料及其制备方法，通过对石墨烯的分散性进行改进，从而显著地提高水泥基复合材料的强度、韧性、抗冲击等性能。

为解决上述技术问题，本发明技术方案之一为：一种修饰的石墨烯改性水泥基复合材料，按照重量份计，包括30-50份水泥、50-80份石英砂、10-20份粉煤灰、5-10份增强纤维、3-7份修饰的多层石墨烯、1-3份萘系高效减水剂、1-2份消泡剂、10-30份水；

所述修饰的多层石墨烯的制备方法为：

(a)称取3-5g多层石墨烯，将其置于300-500mL的氯酸钠、硫酸和过氧化氢混合溶液中，将溶液加热至30-40℃并搅拌10-20min进行氧化，静置倒掉上层清液，下层固态物用无水乙醇和去离子水洗涤，将所得的固态物在50-70℃下干燥，即得到羧基改性的多层石墨烯；

(b)将步骤(a)的羧基改性的多层石墨烯加入至0.01-0.05g/L的十二烷基三甲基溴化铵溶液中，加热至40-60℃下搅拌均匀后缓慢加入0.1-0.5g聚酰胺-胺类树枝状高分子，回流反应3-5h，反应过程中对溶液进行搅拌并施加超声波处理；

(c)反应结束后对反应溶液进行离心沉降，用无水乙醇和去离子水洗涤，将沉淀物在70-90℃下干燥，即得修饰的多层石墨烯。

进一步地，所述水泥为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥中的一种或多种。