[发明专利]一种石墨烯改性混凝土材料及其制备方法

说明书

本发明涉及混凝土材料技术领域，提供一种石墨烯改性混凝土材料及其制备方法，包括以下重量份计的原料：水泥10～25份，矿渣粉0～15份，砂10～40份，碎石20～60份，聚丙烯纤维0～5份，水6～15份，分散剂0.1～5份，减水剂0～5份，三维石墨烯0.01～2份，石墨烯0.01～2份。制备出的混凝土材料具有高抗折强度和抗弯拉伸强度、强防水性能、优异的抗氯离子渗透性。

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯改性混凝土材料及其制备方法。

背景技术

混凝土凭借着原料丰富、价格低廉、生产工艺简单、耐久性好、抗折强度高、强度等级范围宽等优点，在建筑业、造船业、机械工业、海洋开发、地热工程等领域具有广泛的应用。

随着建筑工业现代化进度的日益加快，对混凝土材料提出了更高的性能要求，如更高的抗折强度、更强的防水性能等。针对该问题，通常本领域技术人员会在混凝土配方中掺加石膏、石灰膏或纤维性增强材料等物质，提高混凝土的抗折强度。相比于宏观材料，纳米粒子的表面效应、量子效应、小尺寸效应和宏观隧道效应赋予其宏观材料所不具备的独特优势。例如中国申请专利：201110074370.6公开了一种纳米材料复合超高性能混凝土，1m³混凝土中含有：水泥380-420kg，细骨料680-740kg，粗骨料1120-1190kg，水130-160kg，粉煤灰50-75kg，硅灰25-64kg，高性能减水剂6.1-10.4kg，碳纳米管0.05-0.25kg，纳米二氧化硅15-25kg。该发明将碳纳米管和纳米二氧化硅复合应用于高性能混凝土材料中，大幅度提升了混凝土的力学性能和耐久性，可用于大型跨海大桥、超高层建筑等对混凝土材料要求较高的工程中，具有重大的工程实用价值和显著的技术经济意义。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的单层二维碳纳米材料，这种稳定二维蜂巢状晶格结构赋予了石墨烯优异的力学、热学、光学、电学等性能，与碳纳米管、碳纤维等一维纳米碳材料相比，更能够弥补混凝土材料的自身也存在抗折强度低、韧性差等缺点，此外还能赋予传统混凝土材料所不具备的其他性能。例如中国申请专利：201910898335.2公开了一种高导热水泥混凝土及其制备方法，该发明的混凝土配方中采用低掺量的石墨烯和导热纤维，在混凝土内部成有效的石墨烯-碳纤维-骨料导热网络，提高了混凝土的导热系数，降低了沿板厚方向的温度梯度和板内温度翘曲应力；此外制备出的混凝土还具有较高的抗折强度、抗压强度、韧性和耐磨耗性能。再比如中国申请专利：201811260006.7公开了高性能石墨烯混凝土及其制备方法，包括以下步骤：(1)将石墨和水进行第一混合，并对所得到的混合物进行水相剥离处理；(2)将步骤(1)获得的产物与引气剂、水泥、无机活性矿粉和骨料进行第二混合，得到原位分散的石墨烯混凝土。制备工艺简单、污染少、能耗低、成本低，易于工业化生产，可以很好地保障大型工程和基础设施建设；显著提高石墨烯混凝土的抗压强度和抗冻融性能，使其在寒冷严苛条件下力学性能下降慢、表面剥蚀及弹性模量损失小。

然而，现有技术采用石墨烯仅能提高混凝土材料的某一方面的性能，比如抗折强度、防水性、抗氯离子渗透性，难以制备出上述各方面性能兼具的混凝土材料。

发明内容

因此，针对现有混凝土材料所存在的问题，本发明提供一种能在较低石墨烯添加量的前提下，具有高抗折强度和抗弯拉伸强度、强防水性能、优异抗氯离子渗透性的石墨烯改性混凝土材料。

本发明的另一个目在于提供该石墨烯改性混凝土材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯改性混凝土材料，包括以下重量份计的原料：水泥10～25份，矿渣粉0～15份，砂10～40份，碎石20～60份，聚丙烯纤维0～5份，水6～15份，分散剂0.1～5份，减水剂0～5份，三维石墨烯0.01～2份，石墨烯0.01～2份。