[发明专利]一种石墨烯-碳纳米管-碳纤维增强体混凝土的制备与应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑碳纳米管‑碳纤维增强体增强混凝土及其制备方法与应用。包括以下重量份数的原料：石墨烯‑碳纳米管‑碳纤维增强体2.0～4.0份，水泥35～55份，分散剂4～8份，减水剂0.5～3.5份，水10～30份，砂石20～30份。本发明的混凝土先将石墨烯‑碳纳米管‑碳纤维增强体与分散剂充分混合，加入到水泥中得到混合物；将水和减水剂混合均匀，得到搅拌用水；将砂石、混合物加入搅拌机中干拌，加入搅拌用水进行搅拌，制备完成。本发明充分利用石墨烯‑碳纳米管‑碳纤维增强体的高力学性能来提升混凝土的韧性，具有品质优、制备工艺简单等优点，适合大面积推广和应用。

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种石墨烯-碳纳米管-碳纤维增强体混凝土的制备与应用。

背景技术

随着经济的发展，现代化程度不断加深，超级基础建设工程主要采用大体量的水泥基材料，而日益严酷的使用环境对混凝土提出了更高的性能要求。并且，在不断循环的加卸载过程中混凝土结构容易发生突发性破坏，造成重大的财产损失和人员伤亡。因此人们对现代建筑提出了跨度更大，层次更高的要求，为了满足这些需求，对建筑材料提出更高的要求，尤其是水泥基复合材料，其中利用纤维增强成为关键。因此，国内外在纤维增强水泥复合材料的研究上有了重大的突破。

近年来，材料物理与化学等交叉学科的发展极大地促进了水泥基机材料的研究进程。尤其是随着纳米材料的发展和水泥混凝土日益增加的功能需求，诸如纳米碳纤维、碳纳米管和氧化石墨烯等先进的纳米材料被用于水泥基体中以制备具有自诊断、自调节、自适应或自修复等功能的水泥基复合材料，并取得了较丰富的研究成果。但研究表明，受制于上述材料在导电性能、物理力学性能或与水泥基体间的结合问题等多种因素，目前水泥基材料在同时改善力学性能以及工程智能化应用等方面还有较大提升空间，仍需借助材料的革新推动水泥混凝土研究和应用。石墨烯是近年来新崛起的高性能材料，为目前世界上最薄强度最大的纳米材料，市场前景广泛。碳纤维增强体作为纤维增强材料，其优点，力学性能突出，比重小，抗酸碱腐蚀性强。碳纤维作为增强体不仅可以提高水泥复合材料的抗折、抗拉强度，还赋予了水泥基混凝土材料的质轻高强、耐冲击、不易干缩等特点。基于此，碳纤维水泥基材料获得了越来越多的青睐。所以需要将石墨烯与碳纤维共同应用于混凝土，在水泥基材料中实现分散优化和界面改性以提升混凝土的韧性。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种石墨烯-碳纳米管-碳纤维增强体混凝土的制备与应用。本发明将石墨烯-碳纳米管-碳纤维增强体应用于混凝土中，发明重点是石墨烯-碳纳米管-碳纤维增强体制备及在水泥基材料中的分散优化和界面改性，使其在满足水泥基材料实际需求的前提下使各种性能得到提升。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种石墨烯-碳纳米管-碳纤维增强体混凝土，包括以下重量份数的原料：

石墨烯-碳纳米管-碳纤维增强体2.0～4.0份，水泥35～55份，分散剂4～8份，减水剂0.5～3.5份，水10～30份，砂石20～30份。

优选的，所述水泥为硅酸盐水泥。

优选的，所述碳纳米管-碳纤维增强体由以下方法制备：把碳纳米管-碳纤维增强体与石墨烯按照重量比80:20混合而制成石墨烯-碳纳米管-碳纤维增强体；

优选的，所述碳纳米管-碳纤维增强体由以下方法制备：

1)对12K碳纤维进行电化学改性，得到表面处理后的碳纤维；

2)将步骤1)得到的碳纤维浸入金属盐溶液中，将浸渍后的碳纤维放入管式炉中，通入保护气体和H₂，得到表面负载金属纳米颗粒的碳纤维；

3)将步骤2)得到的碳纤维放入化学气相沉积炉中，同时通入H₂和C₂ H₂的混合气体，得到表面生长碳纳米管的碳纤维。