CN106116362A - 一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，先按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：(1.4～1.6):(2.6～3):(0.28～0.32):(0.0001～0.0005)：(0.01～0.05)：(0.012～0.016)；然后将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散得到悬浊液；再将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌均匀得到混合物；最后将悬浊液加入混合物中，搅拌得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土，纳米材料为石墨烯，纤维材料为纳米碳纤维，本发明制备的混凝土更加密实，抗折强度与抗压强度都有很大提高。

Description

一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及再生混凝土技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法。
背景技术
传统混凝土主要的问题是脆性，混凝土中的微裂缝和微孔隙多，连接界面不牢固等组多问题。虽然，国内外很多专家为了解决这个问题，在混凝土中掺杂纤维材料、活性矿物质和高效减水剂，虽然可以一定程度上可以提高混凝土的性能，但是收效甚小。
石墨烯材料是最近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。其超强的强度和韧性，超大的比表面积受到了人们的青睐；将石墨烯运用与再生混凝土中，不仅可以解决传统混凝土带来的缺陷，更能将建筑材料推向一个新的高度，不仅有效的解决了混凝土废弃物，而且还使石墨烯得到了有效的应用。在新形势下，使再生混凝土的性能有了巨大的提高。市场运用前景广泛。
碳纤维具有尺寸效应，表面效应，体积效应等优异性能，被广泛应用于各行各业。采用碳纤维解决再生混凝土力学性能，大大推动了混凝土技术的发展。
目前还没有将碳纤维、石墨烯共同用于再生混凝土的文献报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，制备的混凝土更加密实，抗折强度与抗压强度都有很大提高。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：(1.4～1.6):(2.6～3):(0.28～0.32):(0.0001～0.0005)：(0.01～0.05)：(0.012～0.016)；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为30～60分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌3～4分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌3～5分钟，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土；
所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm；
所述的纤维材料为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um。
所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥。
所述的砂子为中砂，平均粒径为0.25～0.5mm。
所述的粗骨料为天然碎石和废旧混凝土任意比例的混合物，粗骨料最大粒径小于31.5mm。
所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％。
本发明的有益效果为：
选用废弃混凝土作为部分骨料配制混凝土，不仅有效的解决了建筑垃圾的再利用问题，而且为日益紧张的混凝土原材料缺乏提供了有效解决途径，既经济又符合使用要求。
石墨烯作为新型纳米材料，不仅比普通纳米材料强度高、韧性好，而且具有超高的比表面积，将石墨烯运用到再生混凝土中，不仅有效填补了再生混凝土中粗骨料与水泥界面微缝隙，而且弥补了混凝土拌制过程中出现的微孔隙。使混凝土更加密实，抗压强度更高，微观结构更加致密，提高了再生混凝土的力学物理性能。
利用纳米碳纤维的低密度，高比强度，长径比大，比表面积大，结构致密的优点，通过合适的配合比设计，实现经济，实用，环保的绿色高性能再生混凝土。
附图说明
图1为粗骨料累计筛分折线图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作详细描述。
所有实施例采用的粗骨料部分来自天然石子，部分来自废弃的混凝土，经过破碎、除杂、清洗和筛分，其质量满足《混凝土用再生粗骨料》GB/T 25177-2010，粗骨料累计筛分折线图如图1所示，具体筛分情况如表1所示：
表1
由JGJ52-2006计算可知,粒径在5mm-31.5mm以内的粗骨料,不均匀系数Ku的值在(0.37,0.69)之间,曲率系数Kc的值在(0.80,1.53)之间。参照表2，由表2可知不同使用年限的再生粗骨料的不均匀系数和曲率系数,均在上述范围之内，满足颗粒级配的要求,说明骨料级配良好。
表2
依据JGJ52-2006中对细骨料颗粒级配的要求，对中砂进行筛分分析，分析结果如表3所示，可知中砂的颗粒级配良好，因此用此中砂来制备再生混凝土。
表3 中砂颗粒级配试验结果
实施例所采用的纳米材料石墨烯的基本性能如下：
表4 石墨烯基本性能
实施例1，一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：1.4:2.6:0.28:0.0001：0.02：0.012，所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，所述的砂子为中砂，所述的粗骨料为天然碎石和取代率为30％的再生骨料的混合物，取代率是废旧混凝土质量占粗骨料总质量的百分比，所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm，所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％，所述的纤维为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为60分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌3分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌5分钟，使其满足浇筑时的性能要求，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土。
本实施例的有益效果：得到的石墨烯增强再生混凝土28天龄期技术指标：抗压强度达到68.3MPa，较普通混凝土提高了14.2％。抗折强度较普通混凝土提高了17％。
实施例2，一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：1.5:2.8:0.30:0.0002：0.01：0.014，所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，所述的砂子为中砂，所述的粗骨料为天然碎石和取代率为30％的再生骨料的混合物，取代率是废旧混凝土质量占粗骨料总质量的百分比，所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm，所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％，所述的纤维为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为50分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌3分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌4分钟，使其满足浇筑时的性能要求，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土。
本实施例的有益效果：得到的石墨烯增强再生混凝土28天龄期技术指标：抗压强度达到70.3MPa，较普通混凝土提高了16.2％。抗折强度较普通混凝土提高18％。
实施例3，一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：1.5:2.8:0.28:0.0003：0.03：0.016，所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，所述的砂子为中砂，所述的粗骨料为天然碎石和取代率为50％的再生骨料的混合物，取代率是废旧混凝土质量占粗骨料总质量的百分比，所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm，所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％，所述的纤维为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为40分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌4分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌3分钟，使其满足浇筑时的性能要求，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土。
本实施例的有益效果：得到的石墨烯增强再生混凝土28天龄期技术指标：抗压强度达到67.3MPa，较普通混凝土提高了13.9％。抗折强度较普通混凝土提高了15.2％。
实施例4，一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：1.6:3.0:0.32:0.0004：0.03：0.016，所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，所述的砂子为中砂，所述的粗骨料为天然碎石和取代率为70％的再生骨料的混合物，取代率是废旧混凝土质量占粗骨料总质量的百分比，所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm，所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％，所述的纤维为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为30分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌4分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌5分钟，使其满足浇筑时的性能要求，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土。
本实施例的有益效果：得到的石墨烯增强再生混凝土28天龄期技术指标：抗压强度达到66.2MPa，较普通混凝土提高了13.4％。抗折强度较普通混凝土提高14.2％。
实施例5，一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：1.6:2.9:0.32:0.0005：0.05：0.016，所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，所述的砂子为中砂，所述的粗骨料为天然碎石和取代率为100％的再生骨料的混合物，取代率是废旧混凝土质量占粗骨料总质量的百分比，所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm，所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％，所述的纤维为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为60分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌4分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌5分钟，使其满足浇筑时的性能要求，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土。
本实施例的有益效果：得到的石墨烯增强再生混凝土28天龄期技术指标：抗压强度达到65.2MPa，较普通混凝土提高了12.3％。抗折强度较普通混凝土提高了13％。

Claims (9)

1.一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：(1.4～1.6):(2.6～3):(0.28～0.32):(0.0001～0.0005)：(0.01～0.05)：(0.012～0.016)；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为30～60分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌3～4分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌3～5分钟，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土；
所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm；
所述的纤维材料为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述的砂子为中砂，平均粒径为0.25～0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述的粗骨料为天然碎石和废旧混凝土任意比例的混合物，粗骨料最大粒径小于31.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：1.4:2.6:0.28:0.0001：0.02：0.012，所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，所述的砂子为中砂，所述的粗骨料为天然碎石和取代率为30％的再生骨料的混合物，取代率是废旧混凝土质量占粗骨料总质量的百分比，所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm，所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％，所述的纤维为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为60分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌3分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌5分钟，使其满足浇筑时的性能要求，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：1.5:2.8:0.30:0.0002：0.01：0.014，所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，所述的砂子为中砂，所述的粗骨料为天然碎石和取代率为30％的再生骨料的混合物，取代率是废旧混凝土质量占粗骨料总质量的百分比，所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm，所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％，所述的纤维为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为50分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌3分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌4分钟，使其满足浇筑时的性能要求，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：1.5:2.8:0.28:0.0003：0.03：0.016，所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，所述的砂子为中砂，所述的粗骨料为天然碎石和取代率为50％的再生骨料的混合物，取代率是废旧混凝土质量占粗骨料总质量的百分比，所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm，所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％，所述的纤维为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为40分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌4分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌3分钟，使其满足浇筑时的性能要求，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土。
9.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照如下质量配比备料，水泥：砂子：粗骨料：水：纳米材料：减水剂：纤维材料＝1：1.6:3.0:0.32:0.0004：0.03：0.016，所述的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，所述的砂子为中砂，所述的粗骨料为天然碎石和取代率为70％的再生骨料的混合物，取代率是废旧混凝土质量占粗骨料总质量的百分比，所述的纳米材料为石墨烯，其粒径0.6-1nm，所述的减水剂为羧酸基高效减水剂，减水效率为20％～30％，所述的纤维为纳米碳纤维，平均直径为150nm，长度为30-100um；
步骤二：将纳米材料、减水剂和水混合，进行超声分散，时间为30分钟，得到悬浊液；
步骤三：将水泥、纤维材料、砂子和粗骨料置于搅拌机中，搅拌4分钟，使其搅拌均匀，得到混合物；
步骤四：将步骤二中配置的悬浊液加入步骤三中的混合物中，搅拌5分钟，使其满足浇筑时的性能要求，得到碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土。
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