[发明专利]一种抗硫酸盐侵蚀的石墨烯混凝土复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性的玻璃纤维的制备方法、一种抗硫酸盐侵蚀的石墨烯混凝土复合材料及其制备方法，其中，抗硫酸盐侵蚀的石墨烯混凝土复合材料中，包括如下组分：水泥150～240kg/m³，粉煤灰45～50kg/m³，硅灰40～60kg/m³，粗骨料600～900kg/m³，河砂70～120kg/m³，纳米二氧化硅20～50kg/m³,石墨烯改性的玻璃纤维30～50kg/m³，减水剂1～7.5kg/m³，水105～150kg/m³。本发明利用石墨烯超高的强度和柔韧性，超大的比表面积，以及通过将玻璃纤维簇打开并粗糙化后接枝石墨烯网络，获得高强度、高韧性、抗硫酸盐侵蚀性能好的石墨烯/混凝土复合材料。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，特别涉及了一种抗硫酸盐侵蚀的石墨烯混凝土复合材料及其制备方法。

背景技术

我国及世界各地钢筋混凝土结构因硫酸盐腐蚀而破坏的事例屡见报道，近年来世界上很多地区都遭受硫酸盐型酸雨的侵蚀，硫酸盐侵蚀现象也经常发生。硫酸盐侵蚀影响因素很复杂，成为危害性很大的一种环境水侵蚀。环境中的硫酸根离子渗入混凝土内部并与水化产物发生反应，产生膨胀、开裂、剥落等现象，从而使得混凝土强度和粘性降低并丧失。随着混凝土的大量使用，混凝土材料的耐久性问题日益严重。近几年我国耗费在混凝土结构上的费用每年都在2000亿元以上。我国西北、西南和沿海地区，因为其地域原因，海水、地下水和土壤中含有大量的硫酸盐。这些地区的建筑工程、海工混凝土常会因为硫酸盐腐蚀使混凝土结构失效而遭到破坏，造成了人力和财力资源的极大浪费，在工程中也暴露了很多的问题，因此混凝土的硫酸盐腐蚀问题受到广泛的关注。

混凝土硫酸盐腐蚀的机理不仅仅是化学反应过程，他是一个非常复杂的物理化学过程，他的侵蚀机理就是硫酸盐渗入混凝土内部，与内部结构发生了化学反应，生成了难溶的膨胀性物质，这些膨胀性物质会在其内部吸收大量的水分子使其逐渐膨胀，形成了膨胀内应力，当这个膨胀内应力超过了混凝土的抗拉强度时，就会使混凝土损坏。另一方面硫酸盐也可以让硬化水泥石中的CH和C-S-H等组分溶出或者分解，导致混凝土的强度和黏性减小。混凝土最终会出现表面发白，在棱角出开始出现损伤，接着裂缝就开始剥落，导致混凝土结构成为一种易碎的松散状态。碳硫硅钙石是在较低的温度形成(O℃到15℃)，它是C-S-H和SO₄^2-还有CO₃^2-或CO₂反应形成的产物，由于碳硫硅钙石的形成直接要有C-S-H的参加，因而能使水泥浆变成糊状、无粘结力的物体，降低混凝土的强度。同时也会伴有膨胀性破坏。SO₄^2-浓度的不同会使混凝土中生成钙矾石或者石膏等膨胀有害物质，所以硫酸根的浓度决定了腐蚀中占主导地位的腐蚀机理。混凝土的性能主要包括混凝土的水灰比、胶砂比、骨料品种级配、水泥的品种、外加剂与掺合料等不能提高水泥混凝土的抗硫酸盐性能，只能延缓硫酸盐的侵蚀时间。

纳米材料作为一门新兴的并在迅速发展的材料科学，基于小尺寸效应对材料物理化学性质以及微观结构所产生的巨大影响而广泛应用于各个领域，成为当今材料科学领域研究的热点。石墨烯是具有超高的强度和柔韧性，具有超大的比表面积，容易形成纳米分散片层，将少量的石墨烯添加到水泥基复合材料中，能够调控水泥水化晶体产物的形状，形成网络结构，具有明显的增强增韧作用，能够显著提高水泥复合材料的力学性能、改善孔结构、提高抗硫酸盐侵蚀性能。