CN113003995B - 一种石墨烯改性混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯改性混凝土材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种石墨烯改性混凝土材料及其制备方法
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。
进一步的改进是：所述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0.01～0.3份，石墨烯0.01～0.3份。
进一步的改进是：所述矿渣粉的粒径范围为0.01～0.25mm。
进一步的改进是：所述砂为河砂或机制砂，所述砂的粒径范围为0.1～1.5mm。
进一步的改进是：所述碎石为石灰岩、玄武岩、花岗岩碎石中一种或两种以上组成的混合物，所述碎石的粒径范围为5～30mm。
进一步的改进是：所述聚丙烯纤维长度为5～30mm。
进一步的改进是：所述分散剂为含亲水基团的嵌段共聚物型分散剂，丙烯酸酯高分子型分散剂，聚羧酸盐分散剂，聚氨酯或聚酯型高分子分散剂中的一种或两种以上组成的混合物。
进一步的改进是：所述减水剂为聚羧酸减水剂，固体含量为40～50％。
进一步的改进是：所述三维石墨烯是以镁粉和碳酸盐混合粉末为原料，经燃烧合成法制备的石墨烯；所述三维石墨烯的层数小于20层。
进一步的改进是：所述石墨烯为采用机械剥离法、氧化-热膨胀法制备的石墨烯中的一种或它们的组合；所述石墨烯的层数小于100层。
本发明还提供石墨烯改性混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按预定的重量份称取各原料，备用；
(2)将原料中的三维石墨烯、石墨烯、分散剂、水、减水剂混合后进行超声搅拌，得到石墨烯的水分散液；
(3)将步骤(2)所得的石墨烯水分散液和其他原料搅拌混合均匀，得到石墨烯改性混凝土浆料；
(4)将步骤(3)所得的石墨烯改性混凝土浆料倒入模具中，捣实除气泡，6～144h后脱模，按标准养护即得石墨烯改性混凝土材料。
进一步的改进是：步骤(2)超声时间为5～300min，超声功率为50～2000W。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：
1)添加分散剂可以有效地提高石墨烯在水及其混凝土材料中的分散性，进而在较低石墨烯添加量的前提下就可实现对抗折强度的有效提升。在遴选能够提高石墨烯分散性的分散剂的前提下，还需考虑遴选出的分散剂与水泥中减水剂、水泥固化、水分等组分的种类与用量的影响。大多数能够提高石墨烯分散性的分散剂，加入水泥中会对水泥的机械强度和耐水性产生负面影响。因此进一步优选，分散剂为含亲水基团的嵌段共聚物型分散剂，丙烯酸酯高分子型分散剂，聚羧酸盐分散剂，聚氨酯或聚酯型高分子分散剂中的一种或两种以上组成的混合物。
2)现有石墨烯制备的主要方法(比如氧化还原法、化学气相沉淀法、机械剥离法)，制备出的石墨烯呈二维结构。以镁粉和碳酸盐混合粉末为原料，经燃烧合成法制备的石墨烯，由于其制备过程中的中间产物是以氧化镁为核，石墨烯为壳的材料，因而经酸洗、烘干后得到具有三维结构的石墨烯粉体。本发明首次发现将该三维石墨烯应用于混凝土的改性，研究发现可大大提升混凝土制品的抗折强度，与其他已应用于混凝土改性的碳纳米材料(比如氧化石墨烯、碳纳米管)相比，三维石墨烯在力学性能方面的优化效果更加显著。
本发明采用机械剥离法、氧化-热膨胀法制备的石墨烯作为改性剂，由于其超大的径厚比，具有对水汽和氯离子具有高的阻隔性，因而能够显著提升混凝土制品的防水与抗氯离子渗透性。机械剥离法、氧化-热膨胀法制得石墨烯大部分是平面型的，其构成的迷宫效应要高于其他二维石墨烯以及三维石墨烯所构建的迷宫效应，进而屏蔽效果更佳。
添加单一类型的石墨烯，混凝土材料的各方面性能不能同时显著提高，仅添加机械剥离法或氧化热膨胀法制备的二维石墨烯显著提升了混凝土材料的防水性能和抗氯离子渗透性，但对混凝土材料的抗折强度、抗弯拉强度改善程度有限；仅添加三维石墨烯则显著提升混凝土材料的抗折和抗弯拉强度，但对防水性能和抗氯离子渗透性的改善程度有限。本发明通过三维石墨烯与二维石墨烯的复配，并结合有效的、无负面作用的高分子分散剂作为分散剂，从而达到在较低石墨烯添加量下，获得兼具高抗折强度、优异防水与抗氯离子渗透性的改性混凝土制品。由于石墨烯的添加量较低，进而对混凝土的成本影响较小，因而在实际工程中具备广泛的应用前景。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
实施例1
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15份，粒径为0.1mm的矿渣粉6份，粒径为1mm的河砂25份，粒径为15mm的石灰岩碎石40份，长度为5mm的聚丙烯纤维1份，水10份，含亲水基团的嵌段共聚物型分散剂(BYK190)2份，固含量为40％的聚羧酸减水剂2份，层数为10层的三维石墨烯0.05份，机械剥离法制备层数为50层的石墨烯0.05份。机械剥离法制备石墨烯的具体生产工艺为：首先将石墨放在涂覆有压敏胶的双辊机上，然后在双辊机上转动剥离；接着连续转动双辊机，再加入溶剂将压敏胶溶解掉，最后通过离心获得石墨烯。
所述石墨烯改性混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按预定的重量份称取各原料，备用；
(2)将原料中的三维石墨烯、石墨烯、嵌段共聚物型分散剂、水、聚羧酸减水剂混合后进行超声搅拌100min，得到石墨烯的水分散液，超声功率为1000W；
(3)将步骤(2)所得的石墨烯水分散液和其他原料搅拌混合均匀，得到石墨烯改性混凝土浆料；
(4)将步骤(3)所得的石墨烯改性混凝土浆料倒入模具中，捣实除气泡，60h后脱模，按标准养护即得石墨烯改性混凝土材料。标准养护条件：温度为20±2℃；湿度不低于95％。养护时间1～7天，本实施例的养护时间为1天。
实施例2
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份，粒径为0.2mm的矿渣粉1份，粒径为0.1mm的机制砂40份，粒径为30mm的玄武岩碎石20份，长度为15mm的聚丙烯纤维3份，水6份，丙烯酸酯高分子型分散剂(EFKA-4401)0.1份，固含量为50％的聚羧酸减水剂0.3份，层数为8层的三维石墨烯0.25份，氧化-热膨胀法制备层数为60层的石墨烯0.15份。氧化-热膨胀法制备石墨烯的具体生产工艺为：首先利用强氧化剂将石墨氧化为氧化石墨，然后将氧化石墨放入1000℃的高温炉中，放置15～30s后，即可获得石墨烯。
所述石墨烯改性混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按预定的重量份称取各原料，备用；
(2)将原料中的三维石墨烯、石墨烯、丙烯酸酯高分子型分散剂、水、聚羧酸减水剂混合后进行超声搅拌5min，得到石墨烯的水分散液，超声功率为2000W；
(3)将步骤(2)所得的石墨烯水分散液和其他原料搅拌混合均匀，得到石墨烯改性混凝土浆料；
(4)将步骤(3)所得的石墨烯改性混凝土浆料倒入模具中，捣实除气泡，6h后脱模，按标准养护即得石墨烯改性混凝土材料。本实施例的养护时间为3天。
实施例3
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25份，粒径为0.01mm的矿渣粉15份，粒径为1.5mm的机制砂10份，粒径为20mm的花岗岩碎石40份，粒径为5mm的石灰岩碎石20份，长度为30mm的聚丙烯纤维5份，水15份，聚羧酸铵盐型分散剂(SN-5029)4份，固含量为50％的聚羧酸减水剂5份，层数为15层的三维石墨烯0.15份，氧化-热膨胀法制备层数为80层的石墨烯0.3份。
所述石墨烯改性混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按预定的重量份称取各原料，备用；
(2)将原料中的三维石墨烯、石墨烯、聚羧酸盐型分散剂、水、聚羧酸减水剂混合后进行超声搅拌300min，得到石墨烯的水分散液，超声功率为60W；
(3)将步骤(2)所得的石墨烯水分散液和其他原料搅拌混合均匀，得到石墨烯改性混凝土浆料；
(4)将步骤(3)所得的石墨烯改性混凝土浆料倒入模具中，捣实除气泡，144h后脱模，按标准养护即得石墨烯改性混凝土材料。本实施例的养护时间为7天。
对比例1
一种混凝土材料，包括以下重量份计的原料：水泥15份，粒径为0.1mm的矿渣粉6份，粒径为1mm的河砂25份，粒径为15mm的石灰岩碎石40份，长度为5mm的聚丙烯纤维1份，水10份，固含量为40％的聚羧酸减水剂2份。
所述混凝土材料的制备包括以下步骤：
(1)按预定的重量份称取各原料，备用；
(2)将称好的水泥、矿渣粉、河沙、石灰岩碎石、聚丙烯纤维、水和聚羧酸减水剂搅拌混合均匀后，得到混凝土浆料；
(3)将步骤(2)所得的混凝土浆料倒入模具中，捣实除气泡，60h后脱模，按标准养护得到混凝土材料。养护时间为1天。
对比例2
一种氧化石墨烯改性混凝土材料，包括以下重量份计的原料：水泥15份，粒径为0.1mm的矿渣粉6份，粒径为1mm的河砂25份，粒径为15mm的石灰岩碎石40份，长度为5mm的聚丙烯纤维1份，水10份，含亲水基团的嵌段共聚物型分散剂(BYK190)2份，固含量为40％的聚羧酸减水剂2份，氧化石墨烯0.1份。
氧化石墨烯改性混凝土材料的制备包括以下步骤：
(1)按预定的重量份称取各原料，备用；
(2)将原料中的氧化石墨烯、嵌段共聚物型分散剂、水、聚羧酸减水剂混合后进行超声搅拌100min，得到含氧化石墨烯的水分散液，超声功率为1000W；
(2)将步骤(2)所得的含氧化石墨烯水分散液和其他原料搅拌混合均匀，得到氧化石墨烯改性混凝土浆料；
(3)将步骤(3)所得的氧化石墨烯改性混凝土浆料倒入模具中，捣实除气泡，60h后脱模，按标准养护即得氧化石墨烯改性混凝土材料。养护时间为1天。
对比例3
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15份，粒径为0.1mm的矿渣粉6份，粒径为1mm的河砂25份，粒径为15mm的石灰岩碎石40份，长度为5mm的聚丙烯纤维1份，水10份，含亲水基团的嵌段共聚物型分散剂(BYK190)2份，固含量为40％的聚羧酸减水剂2份，层数为10层的三维石墨烯0.1份。
所述石墨烯改性混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按预定的重量份称取各原料，备用；
(2)将原料中的三维石墨烯、嵌段共聚物型分散剂、水、聚羧酸减水剂混合后进行超声搅拌100min，得到石墨烯的水分散液，超声功率为1000W；
(3)将步骤(2)所得的石墨烯水分散液和其他原料搅拌混合均匀，得到石墨烯改性混凝土浆料；
(4)将步骤(3)所得的石墨烯改性混凝土浆料倒入模具中，捣实除气泡，60h后脱模，按标准养护即得石墨烯改性混凝土材料。养护时间为1天。
对比例4
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15份，粒径为0.1mm的矿渣粉6份，粒径为1mm的河砂25份，粒径为15mm的石灰岩碎石40份，长度为5mm的聚丙烯纤维1份，水10份，含亲水基团的嵌段共聚物型分散剂(BYK190)2份，固含量为40％的聚羧酸减水剂2份，机械剥离法制备层数为50层的石墨烯0.1份。
所述石墨烯改性混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按预定的重量份称取各原料，备用；
(2)将原料中的石墨烯、嵌段共聚物型分散剂、水、聚羧酸减水剂混合后进行超声搅拌100min，得到石墨烯的水分散液，超声功率为1000W；
(3)将步骤(2)所得的石墨烯水分散液和其他原料搅拌混合均匀，得到石墨烯改性混凝土浆料；
(4)将步骤(3)所得的石墨烯改性混凝土浆料倒入模具中，捣实除气泡，60h后脱模，按标准养护即得石墨烯改性混凝土材料。养护时间为1天。
对比例5
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15份，粒径为0.1mm的矿渣粉6份，粒径为1mm的河砂25份，粒径为15mm的石灰岩碎石40份，长度为5mm的聚丙烯纤维1份，水10份，含亲水基团的嵌段共聚物型分散剂(BYK190)2份，固含量为40％的聚羧酸减水剂2份，氧化热膨胀法制备层数为50层的石墨烯0.1份。
所述石墨烯改性混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按预定的重量份称取各原料，备用；
(2)将原料中的石墨烯、嵌段共聚物型分散剂、水、聚羧酸减水剂混合后进行超声搅拌100min，得到石墨烯的水分散液，超声功率为1000W；
(3)将步骤(2)所得的石墨烯水分散液和其他原料搅拌混合均匀，得到石墨烯改性混凝土浆料；
(4)将步骤(3)所得的石墨烯改性混凝土浆料倒入模具中，捣实除气泡，60h后脱模，按标准养护即得石墨烯改性混凝土材料。养护时间为1天。
性能测试
对各实施例制得的石墨烯改性混凝土材料进行性能测试，包括抗折强度、抗弯拉强度、防水性能、氯离子渗透性，测试结果参见表1。其中，抗折强度按照GB/T 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》方法进行。抗弯拉强度按照JTGF30-2003《公路混凝土路面施工技术规范》进行测定。防水性能的测试方法是将40mm×40mm×160mm的混凝土柱竖直放置在水中，48h后观察并测量水线高度。氯离子渗透性按照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测定氯离子扩散电量，评价氯离子渗透能力，试样尺寸100mm×100mm×100mm。
表1各实施例样品的性能
Figure BDA0002967467990000111
Figure BDA0002967467990000121
由表1可知，添加氧化石墨烯可以提高混凝土材料的抗折、抗弯拉强度和抗氯离子渗透性，但是对混凝土材料的防水性能未起到提升作用，反而有所下降。仅添加机械剥离法或氧化热膨胀法制备的石墨烯显著提升了混凝土材料的防水性能和抗氯离子渗透性，同时对混凝土材料的抗折强度、抗弯拉强度也有一定程度的改善，但改善程度有限。仅添加三维石墨烯则显著提升混凝土材料的抗折和抗弯拉强度，但对防水性能和抗氯离子渗透性的改善程度有限。与各对比例相比较，本发明实施1将三维石墨烯与机械剥离法或热膨胀法制备石墨烯进行复配，获得高抗折与抗弯拉强度、强防水性能和抗氯离子渗透性兼具的混凝土材料，在海洋工程装备、机械工业、地热工程、民用核工业等领域具有广泛的应用前景。
上述实施例并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (8)

1.一种石墨烯改性混凝土材料，其特征在于：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0.01～0.3份，石墨烯0.01～0.3份；
所述分散剂为含亲水基团的嵌段共聚物型分散剂，丙烯酸酯高分子型分散剂，聚羧酸盐分散剂，聚氨酯或聚酯型高分子分散剂中的一种或两种以上组成的混合物；
所述三维石墨烯是以镁粉和碳酸盐混合粉末为原料，经燃烧合成法制备的石墨烯，所述三维石墨烯的层数小于20层；
所述石墨烯为采用机械剥离法、氧化-热膨胀法制备的石墨烯中的一种或它们的组合，所述石墨烯的层数小于100层。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性混凝土材料，其特征在于：所述矿渣粉的粒径范围为0.01～0.25mm。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性混凝土材料，其特征在于：所述砂为河砂或机制砂，所述砂的粒径范围为0.1～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性混凝土材料，其特征在于：所述碎石为石灰岩、玄武岩、花岗岩碎石中一种或两种以上组成的混合物，所述碎石的粒径范围为5～30mm。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性混凝土材料，其特征在于：所述聚丙烯纤维长度为5～30mm。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性混凝土材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂，固体含量为40～50%。
7.如权利要求1所述的一种石墨烯改性混凝土材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按预定的重量份称取各原料，备用；
(2)将原料中的三维石墨烯、石墨烯、分散剂、水、减水剂混合后进行超声搅拌，得到石墨烯的水分散液；
(3)将步骤(2)所得的石墨烯水分散液和其他原料搅拌混合均匀，得到石墨烯改性混凝土浆料；
(4)将步骤(3)所得的石墨烯改性混凝土浆料倒入模具中，捣实除气泡，6～144h后脱模，按标准养护即得石墨烯改性混凝土材料。
8.根据权利要求7所述的一种石墨烯改性混凝土材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)超声时间为5～300min，超声功率为50～2000W。
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WO2023168263A1 (en) * 2022-03-04 2023-09-07 Lyten, Inc. Cement compositions with 3d graphene carbons

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105016731A (zh) * 2015-07-09 2015-11-04 天津大学 一种膨胀石墨和石墨烯复合材料及制备方法
CN109553366A (zh) * 2019-01-31 2019-04-02 深圳大学 一种石墨烯改性水泥基复合材料及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104828805A (zh) * 2014-12-11 2015-08-12 王科荣 一种石墨烯制备方法
CN108069665A (zh) * 2018-01-24 2018-05-25 威海南海碳材料科技研究院有限公司 一种石墨烯混凝土及其制备工艺
GB201804261D0 (en) * 2018-03-16 2018-05-02 Univ Exeter Graphene reinforced concrete

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105016731A (zh) * 2015-07-09 2015-11-04 天津大学 一种膨胀石墨和石墨烯复合材料及制备方法
CN109553366A (zh) * 2019-01-31 2019-04-02 深圳大学 一种石墨烯改性水泥基复合材料及其制备方法

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