本發(fā)明涉及再生混凝土技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土的制備方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)混凝土主要的問題是脆性，混凝土中的微裂縫和微孔隙多，連接界面不牢固等組多問題。雖然，國內(nèi)外很多專家為了解決這個問題，在混凝土中摻雜纖維材料、活性礦物質(zhì)和高效減水劑，雖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，為目前世界上最薄，強(qiáng)度最大的納米材料。其超強(qiáng)的強(qiáng)度和韌性，超大的比表面積受到了人們的青睞；將石墨烯運用與再生混凝土中，不僅可以解決傳統(tǒng)混凝土帶來的缺陷，更能將建筑材料推向一個新的高度，不僅有效的解決了混凝土廢棄物，而且還使石墨烯得到了有效的應(yīng)用。在新形勢下，使再生混凝土的性能有了巨大的提高。市場運用前景廣泛。

碳纖維具有尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)，體積效應(yīng)等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。采用碳纖維解決再生混凝土力學(xué)性能，大大推動了混凝土技術(shù)的發(fā)展。

目前還沒有將碳纖維、石墨烯共同用于再生混凝土的文獻(xiàn)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土的制備方法，制備的混凝土更加密實，抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度都有很大提高。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：按照如下質(zhì)量配比備料，水泥：砂子：粗骨料：水：納米材料：減水劑：纖維材料＝1：(1.4～1.6):(2.6～3):(0.28～0.32):(0.0001～0.0005)：(0.01～0.05)：(0.012～0.016)；

步驟二：將納米材料、減水劑和水混合，進(jìn)行超聲分散，時間為30～60分鐘，得到懸濁液；

步驟三：將水泥、纖維材料、砂子和粗骨料置于攪拌機(jī)中，攪拌3～4分鐘，使其攪拌均勻，得到混合物；

步驟四：將步驟二中配置的懸濁液加入步驟三中的混合物中，攪拌3～5分鐘，得到碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土；

所述的納米材料為石墨烯，其粒徑0.6-1nm；

所述的纖維材料為納米碳纖維，平均直徑為150nm，長度為30-100um。

所述的水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥。

所述的砂子為中砂，平均粒徑為0.25～0.5mm。

所述的粗骨料為天然碎石和廢舊混凝土任意比例的混合物，粗骨料最大粒徑小于31.5mm。

所述的減水劑為羧酸基高效減水劑，減水效率為20％～30％。

本發(fā)明的有益效果為：

選用廢棄混凝土作為部分骨料配制混凝土，不僅有效的解決了建筑垃圾的再利用問題，而且為日益緊張的混凝土原材料缺乏提供了有效解決途徑，既經(jīng)濟(jì)又符合使用要求。

石墨烯作為新型納米材料，不僅比普通納米材料強(qiáng)度高、韌性好，而且具有超高的比表面積，將石墨烯運用到再生混凝土中，不僅有效填補(bǔ)了再生混凝土中粗骨料與水泥界面微縫隙，而且彌補(bǔ)了混凝土拌制過程中出現(xiàn)的微孔隙。使混凝土更加密實，抗壓強(qiáng)度更高，微觀結(jié)構(gòu)更加致密，提高了再生混凝土的力學(xué)物理性能。

利用納米碳纖維的低密度，高比強(qiáng)度，長徑比大，比表面積大，結(jié)構(gòu)致密的優(yōu)點，通過合適的配合比設(shè)計，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)，實用，環(huán)保的綠色高性能再生混凝土。

附圖說明

圖1為粗骨料累計篩分折線圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。

所有實施例采用的粗骨料部分來自天然石子，部分來自廢棄的混凝土，經(jīng)過破碎、除雜、清洗和篩分，其質(zhì)量滿足《混凝土用再生粗骨料》GB/T 25177-2010，粗骨料累計篩分折線圖如圖1所示，具體篩分情況如表1所示：

表1

由JGJ52-2006計算可知,粒徑在5mm-31.5mm以內(nèi)的粗骨料,不均勻系數(shù)Ku的值在(0.37,0.69)之間,曲率系數(shù)Kc的值在(0.80,1.53)之間。參照表2，由表2可知不同使用年限的再生粗骨料的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù),均在上述范圍之內(nèi)，滿足顆粒級配的要求,說明骨料級配良好。

表2

依據(jù)JGJ52-2006中對細(xì)骨料顆粒級配的要求，對中砂進(jìn)行篩分分析，分析結(jié)果如表3所示，可知中砂的顆粒級配良好，因此用此中砂來制備再生混凝土。

表3 中砂顆粒級配試驗結(jié)果

實施例所采用的納米材料石墨烯的基本性能如下：

表4 石墨烯基本性能

實施例1，一種碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：按照如下質(zhì)量配比備料，水泥：砂子：粗骨料：水：納米材料：減水劑：纖維材料＝1：1.4:2.6:0.28:0.0001：0.02：0.012，所述的水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥，所述的砂子為中砂，所述的粗骨料為天然碎石和取代率為30％的再生骨料的混合物，取代率是廢舊混凝土質(zhì)量占粗骨料總質(zhì)量的百分比，所述的納米材料為石墨烯，其粒徑0.6-1nm，所述的減水劑為羧酸基高效減水劑，減水效率為20％～30％，所述的纖維為納米碳纖維，平均直徑為150nm，長度為30-100um；

步驟二：將納米材料、減水劑和水混合，進(jìn)行超聲分散，時間為60分鐘，得到懸濁液；

步驟三：將水泥、纖維材料、砂子和粗骨料置于攪拌機(jī)中，攪拌3分鐘，使其攪拌均勻，得到混合物；

步驟四：將步驟二中配置的懸濁液加入步驟三中的混合物中，攪拌5分鐘，使其滿足澆筑時的性能要求，得到碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土。

本實施例的有益效果：得到的石墨烯增強(qiáng)再生混凝土28天齡期技術(shù)指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度達(dá)到68.3MPa，較普通混凝土提高了14.2％。抗折強(qiáng)度較普通混凝土提高了17％。

實施例2，一種碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：按照如下質(zhì)量配比備料，水泥：砂子：粗骨料：水：納米材料：減水劑：纖維材料＝1：1.5:2.8:0.30:0.0002：0.01：0.014，所述的水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥，所述的砂子為中砂，所述的粗骨料為天然碎石和取代率為30％的再生骨料的混合物，取代率是廢舊混凝土質(zhì)量占粗骨料總質(zhì)量的百分比，所述的納米材料為石墨烯，其粒徑0.6-1nm，所述的減水劑為羧酸基高效減水劑，減水效率為20％～30％，所述的纖維為納米碳纖維，平均直徑為150nm，長度為30-100um；

步驟二：將納米材料、減水劑和水混合，進(jìn)行超聲分散，時間為50分鐘，得到懸濁液；

步驟三：將水泥、纖維材料、砂子和粗骨料置于攪拌機(jī)中，攪拌3分鐘，使其攪拌均勻，得到混合物；

步驟四：將步驟二中配置的懸濁液加入步驟三中的混合物中，攪拌4分鐘，使其滿足澆筑時的性能要求，得到碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土。

本實施例的有益效果：得到的石墨烯增強(qiáng)再生混凝土28天齡期技術(shù)指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度達(dá)到70.3MPa，較普通混凝土提高了16.2％?？拐蹚?qiáng)度較普通混凝土提高18％。

實施例3，一種碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：按照如下質(zhì)量配比備料，水泥：砂子：粗骨料：水：納米材料：減水劑：纖維材料＝1：1.5:2.8:0.28:0.0003：0.03：0.016，所述的水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥，所述的砂子為中砂，所述的粗骨料為天然碎石和取代率為50％的再生骨料的混合物，取代率是廢舊混凝土質(zhì)量占粗骨料總質(zhì)量的百分比，所述的納米材料為石墨烯，其粒徑0.6-1nm，所述的減水劑為羧酸基高效減水劑，減水效率為20％～30％，所述的纖維為納米碳纖維，平均直徑為150nm，長度為30-100um；

步驟二：將納米材料、減水劑和水混合，進(jìn)行超聲分散，時間為40分鐘，得到懸濁液；

步驟三：將水泥、纖維材料、砂子和粗骨料置于攪拌機(jī)中，攪拌4分鐘，使其攪拌均勻，得到混合物；

步驟四：將步驟二中配置的懸濁液加入步驟三中的混合物中，攪拌3分鐘，使其滿足澆筑時的性能要求，得到碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土。

本實施例的有益效果：得到的石墨烯增強(qiáng)再生混凝土28天齡期技術(shù)指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度達(dá)到67.3MPa，較普通混凝土提高了13.9％?？拐蹚?qiáng)度較普通混凝土提高了15.2％。

實施例4，一種碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：按照如下質(zhì)量配比備料，水泥：砂子：粗骨料：水：納米材料：減水劑：纖維材料＝1：1.6:3.0:0.32:0.0004：0.03：0.016，所述的水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥，所述的砂子為中砂，所述的粗骨料為天然碎石和取代率為70％的再生骨料的混合物，取代率是廢舊混凝土質(zhì)量占粗骨料總質(zhì)量的百分比，所述的納米材料為石墨烯，其粒徑0.6-1nm，所述的減水劑為羧酸基高效減水劑，減水效率為20％～30％，所述的纖維為納米碳纖維，平均直徑為150nm，長度為30-100um；

步驟二：將納米材料、減水劑和水混合，進(jìn)行超聲分散，時間為30分鐘，得到懸濁液；

步驟三：將水泥、纖維材料、砂子和粗骨料置于攪拌機(jī)中，攪拌4分鐘，使其攪拌均勻，得到混合物；

步驟四：將步驟二中配置的懸濁液加入步驟三中的混合物中，攪拌5分鐘，使其滿足澆筑時的性能要求，得到碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土。

本實施例的有益效果：得到的石墨烯增強(qiáng)再生混凝土28天齡期技術(shù)指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度達(dá)到66.2MPa，較普通混凝土提高了13.4％。抗折強(qiáng)度較普通混凝土提高14.2％。

實施例5，一種碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：按照如下質(zhì)量配比備料，水泥：砂子：粗骨料：水：納米材料：減水劑：纖維材料＝1：1.6:2.9:0.32:0.0005：0.05：0.016，所述的水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥，所述的砂子為中砂，所述的粗骨料為天然碎石和取代率為100％的再生骨料的混合物，取代率是廢舊混凝土質(zhì)量占粗骨料總質(zhì)量的百分比，所述的納米材料為石墨烯，其粒徑0.6-1nm，所述的減水劑為羧酸基高效減水劑，減水效率為20％～30％，所述的纖維為納米碳纖維，平均直徑為150nm，長度為30-100um；

步驟二：將納米材料、減水劑和水混合，進(jìn)行超聲分散，時間為60分鐘，得到懸濁液；

步驟三：將水泥、纖維材料、砂子和粗骨料置于攪拌機(jī)中，攪拌4分鐘，使其攪拌均勻，得到混合物；

步驟四：將步驟二中配置的懸濁液加入步驟三中的混合物中，攪拌5分鐘，使其滿足澆筑時的性能要求，得到碳纖維復(fù)合石墨烯增強(qiáng)再生混凝土。

本實施例的有益效果：得到的石墨烯增強(qiáng)再生混凝土28天齡期技術(shù)指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度達(dá)到65.2MPa，較普通混凝土提高了12.3％。抗折強(qiáng)度較普通混凝土提高了13％。