CN113087450A - 一种石墨烯混凝土的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯混凝土的制备方法，其技术方案要点是，包括以下步骤：S1：石墨烯、氧化石墨烯中的一种或者两种与分散剂、助分散剂混合，加水，进行预分散，预分散中搅拌速度100‑200r/min，温度10‑20℃，搅拌时间15‑30min，制得预分散液；S2：对S1中的预分散液，进行超声分散，超声功率3000‑6000W，超声搅拌速度50‑100r/min，超声温度30‑50℃，超声搅拌时间20‑30min，得石墨烯分散液；S3：将石墨烯分散液与水、混凝土混合，即得石墨烯混凝土。本发明大大改善了传统混凝土的强度和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土的技术领域，特别涉及一种石墨烯混凝土的制备方法及应用。
背景技术
石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。因石墨烯层间有较强的π-π堆叠和范德华力作用，使得石墨烯很难在水溶液或其他常用溶剂中分散。因此，获得高分散性的石墨烯水溶液是实现其在水泥基材料中应用的前提和基础。
石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医药和药物传递等方面基础油重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。其中石墨烯优异的力学性质，使得采用氧化石墨烯、石墨烯作为添加剂提升水泥基材料的各项性能已成研究热点。
石墨烯具有较好的强度性能，特别是涉及其拉伸强度和杨氏模量时。这种高强度已经导致石墨烯被用于许多复合材料中。除了高强度外，石墨烯的其他性能使其能够用于建筑行业的各种应用。在传统建筑行业，如何提高混凝土的强度也是重要研究方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯混凝土的制备方法及应用，石墨烯混凝土比传统混凝土致密性高，抗折强度和抗压强度都有明显提高，抗折强度提高10-20％，抗压强度提高10-20％，大大改善了传统混凝土的强度和使用寿命。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种石墨烯混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：石墨烯、氧化石墨烯中的一种或者两种与分散剂、助分散剂混合，加水，进行预分散，预分散中搅拌速度100-200r/min，温度10-20℃，搅拌时间15-30min，制得预分散液；
S2：对S1中的预分散液，进行超声分散，超声功率3000-6000W，超声搅拌速度50-100r/min，超声温度30-50℃，超声搅拌时间20-30min，即得石墨烯分散液；
S3：将石墨烯分散液与水、混凝土混合，即得石墨烯混凝土。
进一步的，所述氧化石墨烯和石墨烯的层数均≤5层，D50≤5μm，D90≤10μm。
进一步的，单独添加石墨烯或者氧化石墨烯，石墨烯分散液中各个组分的用量与水的质量比为，石墨烯或者氧化石墨烯0.5-5.0wt％，分散剂0.1-1.0wt％，助分散剂0.05-0.5wt％。
进一步的，同时添加石墨烯和氧化石墨烯，石墨烯分散液中各个组分的用量与水的质量比为，石墨烯0.5-5.0wt％，氧化石墨烯0.5-5.0wt％，分散剂0.5-5.0wt％，助分散剂0.5-5.0wt％。
进一步的，所述石墨烯分散液与混凝土中水的比例为1.0-10.0wt％。
进一步的，所述石墨烯的制备包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯放置在密封器具中，通惰性气体10-30min，温度15-20℃；
(2)将氧化石墨烯连同密封器具，整体放入炉中加热，加热至温度700-1100℃，保温10-15min，自然冷却后取出固体，即得石墨烯。
进一步的，所述惰性气体为氩气、氦气、氖气中的一种。
进一步的，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠中一种或多种混合物。
进一步的，所述助分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚羧酸减水剂、木钙中的一种多种混合物。
一种如上所述的石墨烯混凝土的应用，所述石墨烯混凝土用于建设装配式建筑中的墙体。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.采用本发明中的方法制得的石墨烯混凝土的产量高，无缺陷，成本低，并且符合现代大规模生产要求；
2.石墨烯混凝土比传统混凝土致密性高，抗折强度和抗压强度都有明显提高，抗折强度提高10-20％，抗压强度提高10-20％；
3采用本发明的石墨烯混凝土制备的墙体，可应用于装配式建筑PC构件、建筑建房，路面铺设等，拓展了石墨烯混凝土的应用空间。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1：
一种石墨烯混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：单独添加石墨烯，其中石墨烯的层数为5层，D50为4μm，D90为9μm，将石墨烯与分散剂、助分散剂混合，加水，进行预分散，预分散中搅拌速度平均150r/min，温度15℃，搅拌时间20min，制得与分散液；
S2：对S1中的预分散液，进行超声分散，超声功率3000W，超声搅拌速度60r/min，超声温度40℃，超声搅拌时间25min，得石墨烯分散液；
S3：将石墨烯分散液与水、混凝土混合，即得石墨烯混凝土。
制得的石墨烯混凝土用于建设装配式建筑中的墙体。
单独添加石墨烯时，石墨烯分散液中各个组分的用量与水的质量比为，石墨烯1.0wt％，分散剂0.5wt％，助分散剂0.2wt％。石墨烯分散液与混凝土中水的比例为5.0wt％。
其中，石墨烯的制备包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯放置在密封器具中，通氩气20min，温度18℃；
(2)将氧化石墨烯连同密封器具，整体放入炉中加热，加热至温度1000℃，保温15min，自然冷却后取出固体，即得石墨烯。
其中，分散剂为十二烷基苯磺酸钠与十八烷基苯磺酸钠按照比例1：1的混合物；
其中，助分散剂为聚乙烯醇。
实施例2：
一种石墨烯混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：单独添加氧化石墨烯，其中氧化石墨烯的层数为5层，D50为4μm，D90为9μm，将氧化石墨烯与分散剂、助分散剂混合，加水，进行预分散，预分散中搅拌速度平均150r/min，温度15℃，搅拌时间20min，制得与分散液；
S2：对S1中的预分散液，进行超声分散，超声功率3000W，超声搅拌速度60r/min，超声温度40℃，超声搅拌时间25min，得石墨烯分散液；
S3：将石墨烯分散液与水、混凝土混合，即得石墨烯混凝土。
制得的石墨烯混凝土用于建设装配式建筑中的墙体。
单独添加氧化石墨烯时，石墨烯分散液中各个组分的用量与水的质量比为，石墨烯1.0wt％，分散剂0.5wt％，助分散剂0.2wt％。石墨烯分散液与混凝土中水的比例为5.0wt％。
其中，分散剂为十二烷基苯磺酸钠与十八烷基苯磺酸钠按照比例1：1的混合物；
其中，助分散剂为聚乙烯醇。
实施例3：
一种石墨烯混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：同时添加石墨烯、氧化石墨烯，其中石墨烯和氧化石墨烯的层数均为4层，D50为4μm，D90为9μm，将石墨烯、氧化石墨烯、分散剂、助分散剂混合，加水，进行预分散，预分散中搅拌速度平均150r/min，温度15℃，搅拌时间20min，制得与分散液；
S2：对S1中的预分散液，进行超声分散，超声功率3000W，超声搅拌速度60r/min，超声温度40℃，超声搅拌时间25min，得石墨烯分散液；
S3：将石墨烯分散液与水、混凝土混合，即得石墨烯混凝土。
制得的石墨烯混凝土用于建设装配式建筑中的墙体。
同时添加石墨烯、氧化石墨烯，石墨烯分散液中各个组分的用量与水的质量比为，石墨烯2.0wt％，氧化石墨烯3.0wt％，分散剂3.0wt％，助分散剂2.0wt％。
其中，石墨烯的制备包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯放置在密封器具中，通氩气20min，温度18℃；
(2)将氧化石墨烯连同密封器具，整体放入炉中加热，加热至温度1000℃，保温15min，自然冷却后取出固体，即得石墨烯。
其中，分散剂为十二烷基苯磺酸钠与十八烷基苯磺酸钠按照比例1：1的混合物；
其中，助分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
对比例1：
普通石墨烯混凝土的制备，包括以下步骤：
S1：单独添加氧化石墨烯，其中氧化石墨烯的层数为8层，D50为7μm，D90为12μm，将氧化石墨烯与分散剂、助分散剂混合，加水，进行预分散，预分散中搅拌速度平均150r/min，温度15℃，搅拌时间20min，制得与分散液；
S2：对S1中的预分散液，进行超声分散，超声功率3000W，超声搅拌速度60r/min，超声温度40℃，超声搅拌时间25min，得石墨烯分散液；
S3：将石墨烯分散液与水、混凝土混合，即得石墨烯混凝土。
制得的石墨烯混凝土用于建设装配式建筑中的墙体。
单独添加氧化石墨烯时，石墨烯分散液中各个组分的用量与水的质量比为，石墨烯1.0wt％，分散剂0.5wt％，助分散剂0.2wt％。石墨烯分散液与混凝土中水的比例为5.0wt％。
对比例2：
一种石墨烯混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：同时添加石墨烯、氧化石墨烯，其中石墨烯和氧化石墨烯的层数均为4层，D50为4μm，D90为9μm，将石墨烯、氧化石墨烯、分散剂、助分散剂混合，加水，进行预分散，预分散中搅拌速度平均150r/min，温度15℃，搅拌时间20min，制得与分散液；
S2：对S1中的预分散液，进行超声分散，超声功率3000W，超声搅拌速度60r/min，超声温度40℃，超声搅拌时间25min，得石墨烯分散液；
S3：将石墨烯分散液与水、混凝土混合，即得石墨烯混凝土。
制得的石墨烯混凝土用于建设装配式建筑中的墙体。
同时添加石墨烯、氧化石墨烯，石墨烯分散液中各个组分的用量与水的质量比为，石墨烯1.0wt％，氧化石墨烯3.0wt％，分散剂3.0wt％，助分散剂2.0wt％。
其中，石墨烯的制备包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯放置在密封器具中，通氩气20min，温度18℃；
(2)将氧化石墨烯连同密封器具，整体放入炉中加热，加热至温度1000℃，保温15min，自然冷却后取出固体，即得石墨烯。
其中，分散剂为十二烷基苯磺酸钠与十八烷基苯磺酸钠按照比例1：1的混合物；
其中，助分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
将实施例1、实施例2、实施例3中制得的石墨烯混凝土的分别命名为1#、2#和3#，然后与对比例1、对比例2中制得的石墨烯混凝土进行对比。在相同试验条件下，分别测试四种石墨烯混凝土的力学性能，其测试结果如表1所示。
表1四种石墨烯混凝的力学性能测试结果
由表1中的数据可以看出，实施例1-3中采用本发明的方法，制备的石墨烯混凝土的力学性能，较普通方法制得的石墨烯混凝土的力学性能有很大提高。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种石墨烯混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：石墨烯、氧化石墨烯中的一种或者两种与分散剂、助分散剂混合，加水，进行预分散，预分散中搅拌速度100-200r/min，温度10-20℃，搅拌时间15-30min，制得预分散液；
S2：对S1中的预分散液，进行超声分散，超声功率3000-6000W，超声搅拌速度50-100r/min，超声温度30-50℃，超声搅拌时间20-30min，得石墨烯分散液；
S3：将石墨烯分散液与水、混凝土混合，即得石墨烯混凝土。
2.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯和石墨烯的层数均≤5层，D50≤5μm，D90≤10μm。
3.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土的制备方法，其特征在于：单独添加石墨烯或者氧化石墨烯，石墨烯分散液中各个组分的用量与水的质量比为，石墨烯或者氧化石墨烯0.5-5.0wt％，分散剂0.1-1.0wt％，助分散剂0.05-0.5wt％。
4.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土的制备方法，其特征在于：同时添加石墨烯和氧化石墨烯，石墨烯分散液中各个组分的用量与水的质量比为，石墨烯0.5-5.0wt％，氧化石墨烯0.5-5.0wt％，分散剂0.5-5.0wt％，助分散剂0.5-5.0wt％。
5.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土的制备方法，其特征在于：所述石墨烯分散液与混凝土中水的比例为1.0-10.0wt％。
6.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的制备包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯放置在密封器具中，通惰性气体10-30min，温度15-20℃；
(2)将氧化石墨烯连同密封器具，整体放入炉中加热，加热至温度700-1100℃，保温10-15min，自然冷却后取出固体，即得石墨烯。
7.根据权利要求6所述的石墨烯混凝土的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气、氦气、氖气中的一种。
8.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土的制备方法，其特征在于：所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠中一种或多种混合物。
9.根据权利要求1所述的石墨烯混凝土的制备方法，其特征在于：所述助分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚羧酸减水剂、木钙中的一种多种混合物。
10.一种权利要求1所述的石墨烯混凝土的应用，其特征在于：所述石墨烯混凝土用于建设装配式建筑中的墙体。
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|---|---|---|---|---|
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