[发明专利]氧化石墨烯磁定向分散增强水泥基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯磁定向分散增强水泥基复合材料及其制备方法；复合材料通过如下原料制备而成：水泥、氧化石墨烯、Fe₃O₄磁性纳米颗粒、减水剂和水；其中，水泥、氧化石墨烯、Fe₃O₄磁性纳米颗粒和减水剂的质量比为100：（0.02~0.08）：（0.1~0.4）：（0.08~0.16）。本发明通过外加磁场控制氧化石墨烯纳米片在水泥基体中的取向和空间位置，在一定程度上实现了氧化石墨烯在水泥基体中的可控定向分散，并且定向排布的磁性氧化石墨烯对水泥基复合材料力学性能的提高发挥着更大的作用，达到了高效使用氧化石墨烯的目标，降低经济成本，推动氧化石墨烯在实际建筑工程中的应用。

技术领域

本发明属于非金属元素的无机材料技术领域，特别涉及水泥材料，具体为一种氧化石墨烯磁定向分散增强水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

水泥作为混凝土最主要原材料，其生产贡献了全球近10%的二氧化碳排放。考虑到目前水泥基复合材料尚没有很好的替代者，因此增强水泥基复合材料的力学性能和耐久性，提高其使用效率就显得非常迫切。抗压强度高的混凝土，其抗拉强度较差，往往导致脆性破坏。在外部荷载作用下，混凝土内部产生微裂缝，在外部荷载的持续作用下，微裂缝不断融合扩展形成宏观裂缝，最终导致结构脆性断裂。减少有害裂缝、优化孔隙结构是提高水泥基材料性能的关键。

近年来，纳米材料的发展为水泥基复合材料性能的改善提供了宝贵的机遇。纳米材料在改性胶凝基质的不同方面有着广泛的应用，如力学性能和环境影响等。氧化石墨烯是一种新型2D纳米材料，与0D和1D纳米材料相比，具有更大的比表面积和丰富的含氧官能团（-OH、-COOH和C-O-C），能够为水泥的水化提供大量的成核位点，并且其表面丰富的含氧官能团可以促进其与水泥水化产物的相互作用。氧化石墨烯可以提高水泥基复合材料的机械强度和耐久性，因为它可以为水泥水化提供大量的成核位点，并且与水泥水化产物能很好地相互作用。氧化石墨烯的这些卓越的性能可以细化水泥基复合材料的孔隙结构，提高水泥基复合材料的力学性能，并在腐蚀环境中起到物理屏障作用进而提高耐久性（具体参考文献Li X, Liu Y M, Li W G, et al. Constr. Build. Mater, 2017, 145: 402-410.Mohammed A, Sanjayan J G, Duan W H, et al. Constr. Build. Mater, 2015, 84:341-347. Chuah S, Pan Z, Sanjayan J G, et al. Constr. Build. mater, 2014, 73:113-124.）。因此，氧化石墨烯具有增强水泥基复合材料宏观性能和优化微观结构的潜力，是下一代水泥掺合料的候选材料，在建筑行业具有广阔的应用前景。