本發(fā)明屬于碳材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨烯/水泥砂漿復合材料及其制備方法，尤其涉及一種石墨烯類材料/水泥砂漿復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯(graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。它是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。作為一種由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，它是目前進入應(yīng)用領(lǐng)域中最薄的材料和最強韌的材料，斷裂強度比鋼材還要高200倍，還有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20％；同時石墨烯具有巨大的理論比表面積，物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，可在高工作電壓和大電流快速充放電下保持很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時，石墨烯還具有優(yōu)異的導電性，可以降低內(nèi)阻，提高超級電容器的循環(huán)穩(wěn)定性；而且石墨烯如果能夠制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍；另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。并且非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。正是由于石墨烯具有上述諸多的優(yōu)異物理化學性質(zhì)，其在儲能材料，環(huán)境工程，靈敏傳感方面被廣泛應(yīng)用，被稱為“黑金”或是“新材料之王”，而且潛在的應(yīng)用前景廣大，目前已成為全世界的關(guān)注焦點與研究熱點，同時關(guān)于石墨烯等衍生物也從研究階段走向了產(chǎn)業(yè)化，引起了各行各業(yè)的廣泛參與。

目前，石墨烯或者氧化石墨烯等衍生物可以作為理想的增強材料，賦予了復合材料新的功能性，拓展了石墨烯復合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。如石墨烯或者氧化石墨烯與水泥相關(guān)產(chǎn)品的良好復合，可以實現(xiàn)兩種材料的優(yōu)勢互補和加強，大幅度提升水泥產(chǎn)品的力學性能。近幾年，石墨烯/水泥復合材料已逐漸有相關(guān)報道，然而在實際應(yīng)用中，石墨烯還存在著諸多的問題和制約因素，石墨烯極易團聚就是制約石墨烯研究和應(yīng)用的一個主要障礙。由于石墨烯及其衍生物比表面積較大，相互間存在較強的范德華作用力，團聚和纏繞現(xiàn)象明顯，使其不能穩(wěn)定分散，分散后也容易再次團聚在一起難以打開。雖然有大量研究通過添加不同類型的分散劑或者改性的方式來提高石墨烯的分散效果，但實際應(yīng)用中效果較差，并且還會額外引入其他雜質(zhì)，對后續(xù)研究造成負面影響。

因此，如何得到一種石墨烯/水泥砂漿復合材料，使得石墨烯能夠在水泥體系中更好分散，是影響該復合材料性能的關(guān)鍵因素，也是諸多應(yīng)用廠商和一線研發(fā)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種石墨烯/水泥砂漿復合材料及其制備方法，本發(fā)明提供的石墨烯/水泥砂漿復合材料，石墨烯能夠均勻分散，復合材料中石墨烯具有較好的平鋪狀態(tài)，較少的褶皺，從而具有更好的性能。

本發(fā)明提供了一種石墨烯/水泥砂漿復合材料，包括，石墨烯類材料和砂石的復合材料、水泥和水。

優(yōu)選的，所述水泥為15～30重量份；

所述石墨烯類材料和砂石的復合材料為60～70重量份；

所述水為8～15重量份。

優(yōu)選的，還包括助劑；

所述助劑包括減水劑、消泡劑、觸變潤滑劑和羥丙基甲基纖維素中的一種或多種；

所述助劑為0.3～6重量份；

所述減水劑為0.2～4重量份。

優(yōu)選的，所述石墨烯類材料包括石墨烯、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯和改性石墨烯中的一種或多種；

所述石墨烯類材料和砂石的復合材料為表面均勻復合石墨烯類材料的砂石材料。

優(yōu)選的，所述水泥包括硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、高鋁水泥和硫鋁酸鹽水泥中的一種或多種；

所述砂石包括標準砂、天然砂和人工砂中的一種或多種；

所述砂石的粒徑為1μm～5mm。

本發(fā)明提供了一種石墨烯/水泥砂漿復合材料的制備方法，包括以下步驟：

a)將石墨烯類材料和砂石經(jīng)過混合后，得到石墨烯類材料和砂石的復合材料；

b)將上述步驟得到的石墨烯類材料和砂石的復合材料、水泥和水再次混合后，得到石墨烯/水泥砂漿復合材料。

優(yōu)選的，所述石墨烯類材料中，片層小于等于5層的石墨烯類材料的占比大于等于80％；

所述石墨烯類材料的片徑為1～100μm；

所述石墨烯類材料與所述砂石的質(zhì)量比為(0.01～1)：100。

優(yōu)選的，所述步驟a)具體為：

a1)將石墨烯類材料溶液和砂石顆粒均勻混合后，得到混合物；

a2)將上述步驟得到的混合物經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，得到表面均勻分散石墨烯類材料的砂石顆粒。

優(yōu)選的，所述步驟b)具體為：

將上述步驟得到的石墨烯類材料和砂石的復合材料、水泥和水先進行低速攪拌混合，再加入砂石和助劑進行高速攪拌混合后，得到石墨烯/水泥砂漿復合材料。

優(yōu)選的，所述低速攪拌混合的轉(zhuǎn)速為80～200rpm；

所述高速攪拌混合的轉(zhuǎn)速為200～350rpm；

所述助劑包括減水劑、消泡劑、觸變潤滑劑和羥丙基甲基纖維素中的一種或多種。

本發(fā)明提供了一種石墨烯/水泥砂漿復合材料，包括，石墨烯類材料和砂石的復合材料、水泥和水。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對石墨烯極易團聚的問題，而現(xiàn)有的分散方法不同程度的存在再次團聚，分散不均，引入雜質(zhì)，影響性能以及提高處理成本的缺陷。而且在實際應(yīng)用于水泥砂漿過程中，發(fā)現(xiàn)直接混合的方式不能夠解決石墨烯團聚問題；加入分散劑方式雖然一定程度上能提高分散效果，但當前尚沒有較好的分散體系，而且還容易引入雜質(zhì)；石墨烯改性的方式可以促進石墨烯在水溶液中分散，但石墨烯屬于片狀柔性材料，在混合過程中容易發(fā)生卷曲，影響分散效果等諸多缺陷。本發(fā)明創(chuàng)造性的改變了石墨烯類材料的添加方式，首先將石墨烯和砂石復合，得到石墨烯和砂石的復合材料，然后將處理后的石墨烯和砂石的復合顆粒與水泥組合成水泥砂漿，得到石墨烯/水泥砂漿復合材料，能夠很好地解決石墨烯分散問題，保證其優(yōu)良性能的完美發(fā)揮，而且不需要加入其它助劑，減少了雜質(zhì)的引入，從根本上解決了柔性石墨烯類材料在水泥體系中混合不均勻的弊病，能夠保證石墨烯的均勻分散，同時將石墨烯和砂石復合，可以保證石墨烯的平鋪狀態(tài)減少褶皺，更好地發(fā)揮其性能。

實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的制備方法，可從根本上解決柔性石墨烯在水泥體系中混合不均勻的弊病，能夠保證石墨烯類材料的均勻分散，具有較好的平鋪狀態(tài)，較少的褶皺；而且還具有更好的力學性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例所制備的氧化石墨烯/標砂復合材料與普通標砂的宏觀形貌對比圖；

圖2為本發(fā)明實施例2制備的氧化石墨烯和砂石的復合材料的tem透射電鏡照片；

圖3為本發(fā)明實施例2制備的養(yǎng)護7天后的氧化石墨烯/水泥砂漿復合材料的掃描電鏡照片；

圖4為常規(guī)養(yǎng)護7天后的水泥砂漿的掃描電鏡照片；

圖5為本發(fā)明實施例2制備的養(yǎng)護14天后的氧化石墨烯/水泥砂漿復合材料的掃描電鏡照片；

圖6為常規(guī)養(yǎng)護14天后的水泥砂漿的掃描電鏡照片；

圖7為本發(fā)明實施例2制備的養(yǎng)護21天后的氧化石墨烯/水泥砂漿復合材料的掃描電鏡照片；

圖8為常規(guī)養(yǎng)護21天后的水泥砂漿的掃描電鏡照片。

具體實施方式

為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應(yīng)當理解，這些描述只是為了進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對發(fā)明權(quán)利要求的限制。

本發(fā)明所有原料，對其來源沒有特別限制，在市場上購買的或按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)方法制備的即可。

本發(fā)明所有原料，對其純度沒有特別限制，本發(fā)明優(yōu)選采用分析純或復合材料領(lǐng)域使用的常規(guī)純度。

本發(fā)明提供了一種石墨烯/水泥砂漿復合材料，包括，石墨烯類材料和砂石的復合材料、水泥和水。

本發(fā)明對所述水泥沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥種類和牌號即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述水泥優(yōu)選包括硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、高鋁水泥和硫鋁酸鹽水泥中的一種或多種，更優(yōu)選為硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、高鋁水泥或硫鋁酸鹽水泥。

本發(fā)明對所述水泥的其他參數(shù)沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)水泥的參數(shù)即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述水泥的強度優(yōu)選包括32.5、32.5r、42.5、42.5r、52.5、52.5r、62.5或62.5r等多種不同強度。

本發(fā)明對所述水泥的加入量沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的常規(guī)水泥的配比即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述水泥的加入量優(yōu)選為15～30重量份，更優(yōu)選為18～27重量份，最優(yōu)選為20～25重量份。

本發(fā)明對所述水的加入量沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的常規(guī)水的配比即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述水的加入量優(yōu)選為8～15重量份，更優(yōu)選為9～14重量份，更優(yōu)選為10～13重量份，最優(yōu)選為11～12重量份。

本發(fā)明為提高石墨烯/水泥砂漿復合材料的實用性，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，所述石墨烯/水泥砂漿復合材料中優(yōu)選還包括助劑。

本發(fā)明對所述助劑的種類沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿助劑即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述助劑優(yōu)選包括減水劑、消泡劑、觸變潤滑劑和羥丙基甲基纖維素中的一種或多種，更優(yōu)選為減水劑、消泡劑、觸變潤滑劑或羥丙基甲基纖維素，更優(yōu)選為減水劑和/或其他助劑(包括消泡劑、觸變潤滑劑和羥丙基甲基纖維素中的一種或多種)。

本發(fā)明對所述助劑的總加入量沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的常規(guī)助劑的配比即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述助劑的總加入量優(yōu)選為0.3～6重量份，更優(yōu)選為0.5～5.5重量份，更優(yōu)選為1～5重量份，最優(yōu)選為2～4重量份。

本發(fā)明對所述減水劑的加入量沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的常規(guī)減水劑的配比即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述減水劑的加入量優(yōu)選為0.2～4重量份，更優(yōu)選為0.5～3.5重量份，更優(yōu)選為1～3重量份，最優(yōu)選為1.5～2.5重量份，具體最優(yōu)選為2重量份。

本發(fā)明對所述石墨烯類材料和砂石的復合材料的加入量沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的常規(guī)砂石的配比即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述石墨烯類材料和砂石的復合材料的加入量優(yōu)選為60～70重量份，更優(yōu)選為61～69重量份，更優(yōu)選為63～67重量份，最優(yōu)選為64～66重量份。

本發(fā)明對所述石墨烯類材料和砂石的復合材料中的砂石的選擇沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的常規(guī)砂石的選擇即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述砂石優(yōu)選包括標準砂、天然砂和人工砂中的一種或多種，更優(yōu)選為標準砂、天然砂或人工砂。本發(fā)明對所述標準砂、天然砂或人工砂的定義沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的砂石的具體定義即可，其中，天然砂優(yōu)選包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂中的一種或多種；人工砂優(yōu)選包括機制砂和/或混合砂。

本發(fā)明對所述砂石的其他參數(shù)沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)水泥砂漿中砂石的參數(shù)即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述砂石的粒徑優(yōu)選為1μm～5mm，更優(yōu)選為10μm～3mm，更優(yōu)選為50μm～1mm，最優(yōu)選為0.1～0.5mm。

本發(fā)明對所述石墨烯類材料和砂石的復合材料中的石墨烯類材料的定義沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的石墨烯類材料的定義即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述石墨烯類材料優(yōu)選為廣義的石墨烯，也可稱為石墨烯，優(yōu)選包括狹義石墨烯、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯和改性石墨烯中的一種或多種，更優(yōu)選為狹義石墨烯、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯或改性石墨烯，最優(yōu)選為改性石墨烯。

本發(fā)明對所述石墨烯類材料和砂石的復合材料中的具體復合的方式?jīng)]有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的復合的方式即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述復合優(yōu)選包括噴涂、抹刷、摻雜、生長、沉積、嵌入、粘合、包覆和覆蓋中的一種或多種，更優(yōu)選為噴涂、抹刷、摻雜、生長、沉積、嵌入、粘合、包覆或覆蓋，最優(yōu)選為包覆或覆蓋。所述復合的具體形式也可以為物理復合或化學復合形式。具體的，本發(fā)明所述石墨烯類材料和砂石的復合材料優(yōu)選為表面均勻復合石墨烯的復合材料，更優(yōu)選為表面均勻復合石墨烯的砂石材料。

本發(fā)明對所述石墨烯類材料和砂石的復合材料中石墨烯類材料和砂石的具體比例沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的石墨烯復合材料的比例即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述石墨烯類材料與所述砂石的質(zhì)量比，或所述石墨烯類材料占所述石墨烯類材料和砂石的復合材料的總質(zhì)量的比值均可獨立優(yōu)選為(0.01～1)：100，更優(yōu)選為(0.05～0.8)：100，更優(yōu)選為(0.1～0.6)：100，最優(yōu)選為(0.2～0.5)：100。

本發(fā)明對所述石墨烯類材料和砂石的復合材料的來源沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)來源即可，可以市售購買，也可以自行制備，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整。具體的，本發(fā)明所述石墨烯類材料可以包括多種市面上市售類型的石墨烯材料，更優(yōu)選為氧化石墨烯材料，具體優(yōu)選為歐鉑公司生產(chǎn)的高品質(zhì)石墨烯(專利號：cn106082198a)、氧化石墨烯(專利號：cn106115669a)和氧化石墨烯(cn106430175a)中的一種或多種。

本發(fā)明上述步驟提供了一種石墨烯/水泥砂漿復合材料，改變了石墨烯類材料的添加方式，首先將石墨烯和砂石復合，得到石墨烯和砂石的復合材料，然后再與水泥組合成水泥砂漿，通過優(yōu)化配比，得到石墨烯/水泥砂漿復合材料，再結(jié)合多種助劑，得到應(yīng)用更為廣泛的水泥砂漿復合材料。本發(fā)明提供的石墨烯/水泥砂漿復合材料有效的解決了常規(guī)石墨烯類材料在水或其他溶液中難以保證均勻分散，當與固體物料再次混合時，分散問題更為突出的固有缺陷；以及采用添加分散劑的方式雖然提高石墨烯的分散程度，但容易引入其他雜質(zhì)，對后續(xù)結(jié)果產(chǎn)生影響的弊端；也避免了先期對石墨烯進行親水改性，再混合水泥制備復合材料，但會出現(xiàn)石墨烯親水改性的效果不好判定的問題。

本發(fā)明還提供了一種石墨烯/水泥砂漿復合材料的制備方法，包括以下步驟：

a)將石墨烯類材料和砂石經(jīng)過混合后，得到石墨烯類材料和砂石的復合材料；

b)將上述步驟得到的石墨烯類材料和砂石的復合材料、水泥和水再次混合后，得到石墨烯/水泥砂漿復合材料。

本發(fā)明對上述制備過程中所需原料的選擇和組成，以及相應(yīng)的優(yōu)選原則，與前述石墨烯/水泥砂漿復合材料中所對應(yīng)原料的選擇和組成，以及相應(yīng)的優(yōu)選原則均可以進行對應(yīng)，在此不再一一贅述。

本發(fā)明首先將石墨烯類材料和砂石經(jīng)過混合后，得到石墨烯類材料和砂石的復合材料。

本發(fā)明對所述石墨烯的具體參數(shù)沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)的石墨烯類材料的參數(shù)即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述石墨烯中，片層小于等于5層的石墨烯的占比優(yōu)選大于等于80％，更優(yōu)選為大于等于85％，更優(yōu)選為大于等于90％。本發(fā)明所述石墨烯的片徑優(yōu)選為1～100μm，更優(yōu)選為10～90μm，更優(yōu)選為30～70μm，更優(yōu)選為40～60μm，具體最優(yōu)選為10～50μm。

本發(fā)明對上述步驟a)，即石墨烯和砂石的復合材料的具體制備步驟沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的石墨烯復合材料的混合步驟即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明為提高石墨烯/水泥砂漿復合材料的性能，優(yōu)化工藝路線和保證工藝路線的完整性，所述步驟a)具體優(yōu)選為

a1)將石墨烯類材料溶液和砂石顆粒均勻混合后，得到混合物；

a2)將上述步驟得到的混合物經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，得到表面均勻分散石墨烯類材料的砂石顆粒。

本發(fā)明對所述砂石的粒徑?jīng)]有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的砂石顆粒的粒徑即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述砂石顆粒的粒徑優(yōu)選為1～5000μm，更優(yōu)選為10～3000μm，更優(yōu)選為50～1000μm，最優(yōu)選為100～500μm。

本發(fā)明對所述石墨烯溶液的濃度沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的石墨烯溶液的濃度即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述石墨烯溶液的濃度優(yōu)選為0.01％～20％，更優(yōu)選為0.05％～5％，最優(yōu)選為0.1％～1％。

本發(fā)明對所述石墨烯溶液的溶劑沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于石墨烯溶液的常規(guī)溶劑即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述石墨烯溶液的溶劑優(yōu)選為水、無水乙醇、丙酮、二甲苯、正丁醇、甲基丁酮、異丙醇和醋酸乙酯中的一種或多種，更優(yōu)選為水、無水乙醇、丙酮、二甲苯、正丁醇、甲基丁酮、異丙醇或醋酸乙酯，更優(yōu)選為水，無水乙醇、丙酮或二甲苯。

本發(fā)明為提高后續(xù)石墨烯的分散效果，所述石墨烯溶液優(yōu)選為經(jīng)過分散后的石墨烯溶液。本發(fā)明對所述石墨烯溶液的分散方法沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的分散方法即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述分散優(yōu)選為超聲攪拌處理。

本發(fā)明對所述石墨烯溶液和砂石顆粒的用量沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)比例即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述石墨烯與所述砂石顆粒的質(zhì)量比優(yōu)選為(0.01～1)：100，更優(yōu)選為(0.05～0.8)：100，更優(yōu)選為(0.08～0.7)：100，最優(yōu)選為(0.1～0.5)：100，具體可以為(0.2～0.4)：100。

本發(fā)明對所述混合的具體過程沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混合過程即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，以均勻混合為優(yōu)選方案，本發(fā)明所述混合的具體步驟，即步驟a)具體優(yōu)選為：

將砂石顆粒緩慢加入到經(jīng)過分散后的石墨烯溶液中，同時均勻混合，得到混合物。

本發(fā)明對所述緩慢加入的具體參數(shù)沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的緩慢加入的加入速度即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述緩慢加入的速度優(yōu)選為100～1000g/min，更優(yōu)選為200～900g/min，更優(yōu)選為400～700g/min，更優(yōu)選為500～600g/min，最優(yōu)選為300～500g/min。

本發(fā)明對所述混合的方式?jīng)]有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混合方式即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述混合優(yōu)選包括攪拌混合。

本發(fā)明對所述攪拌混合的具體參數(shù)沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混合的參數(shù)即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述攪拌混合的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為200～1000rpm，更優(yōu)選為300～900rpm，更優(yōu)選為400～800rpm，更優(yōu)選為500～700rpm，最優(yōu)選為350～500rpm。

本發(fā)明然后將上述步驟得到的混合物經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，得到表面均勻分散石墨烯的砂石顆粒。

本發(fā)明對所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的轉(zhuǎn)速沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的轉(zhuǎn)速即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明為更好的將石墨烯和砂石顆粒緊密結(jié)合，并提高石墨烯的分散均勻性，所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選為20～100rpm，更優(yōu)選為30～90rpm，更優(yōu)選為40～80rpm，最優(yōu)選為40～60rpm，也可以為50～70rpm。

本發(fā)明對所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的溫度沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的溫度即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明為更好的將石墨烯和砂石顆粒緊密結(jié)合，并提高石墨烯的分散均勻性，所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的溫度優(yōu)選為40～90℃，更優(yōu)選為50～80℃，更優(yōu)選為60～70℃，最優(yōu)選為60～75℃。

本發(fā)明對所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的時間沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的時間即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明為更好的將石墨烯和砂石顆粒緊密結(jié)合，并提高石墨烯的分散均勻性，所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的時間優(yōu)選為0.5～5h，更優(yōu)選為1～4.5h，更優(yōu)選為1.5～4h，最優(yōu)選為2～3.5h，具體可以為，以復合由石墨烯的砂石顆粒最終呈現(xiàn)松散的粉末狀即可。

本發(fā)明對所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的壓力沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的壓力即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明為更好的將石墨烯和砂石顆粒緊密結(jié)合，并提高石墨烯的分散均勻性，所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的壓力優(yōu)選為小于等于0.1mpa，更優(yōu)選為在微負壓或真空條件下，最優(yōu)選在真空條件下；具體壓力優(yōu)選小于等于0.08mpa，更優(yōu)選小于等于0.07mpa，更優(yōu)選小于等于0.06mpa，最優(yōu)選小于等于0.05mpa，具體可以為0.01～0.05mpa。

本發(fā)明對所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的設(shè)備沒有特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的設(shè)備優(yōu)選為旋蒸蒸發(fā)器。

本發(fā)明在制備石墨烯和砂石的復合材料的過程中，進一步優(yōu)選采用了旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)技術(shù)，再優(yōu)選通過控制真空度、旋轉(zhuǎn)速度、旋蒸溫度(水浴溫度)等使石墨烯均勻涂覆在砂石顆粒表面，至物料呈干燥狀態(tài)為止，從而將石墨烯、宏觀或微米級的砂石顆粒緊密結(jié)合在一起，能夠有效的解決石墨烯分散不均勻問題，更好地發(fā)揮其優(yōu)良性能，而且還能得到均勻涂覆石墨烯材料的砂石顆粒物料，使石墨烯對砂石顆粒的均勻分散涂覆成為現(xiàn)實。而且本發(fā)明特別的在無需保護氣體存在的條件下，進行上述操作，從而簡化的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)設(shè)備以及減少了生產(chǎn)消耗。本發(fā)明提供的上述復合方法工藝簡單、條件溫和、安全環(huán)保，更加適合工藝化大生產(chǎn)。

本發(fā)明采用旋蒸的處理方式，將石墨烯均勻的分散包裹在砂石顆粒表面，可得到能夠均勻涂覆的石墨烯砂石顆粒，即均勻分散的石墨烯。不僅從根本上解決石墨烯在溶液中混合不均勻的弊病，能夠保證石墨烯的均勻分散，而且將石墨烯涂覆于顆粒表面，可以保證石墨烯的平鋪狀態(tài)減少褶皺，更好地發(fā)揮其性能，從而能夠很好地解決石墨烯分散問題，保證其優(yōu)良性能的完美發(fā)揮。

本發(fā)明隨后將上述步驟得到的石墨烯和砂石的復合材料、水泥和水再次混合后，得到石墨烯/水泥砂漿復合材料。

本發(fā)明對所述再次混合的方式?jīng)]有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的混合方式即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述再次混合優(yōu)選包括攪拌混合。

本發(fā)明對所述再次混合的具體步驟和參數(shù)沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的攪拌混合過程和參數(shù)即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述再次混合的具體步驟和參數(shù)優(yōu)選參照國家相關(guān)標準完成即可，本發(fā)明中石墨烯的添加不影響混合的步驟和參數(shù)。

本發(fā)明為提高石墨烯/水泥砂漿復合材料的性能，優(yōu)化工藝路線和保證工藝路線的完整性，所述步驟b)具體優(yōu)選為：

將上述步驟得到的石墨烯和砂石的復合材料、水泥和水先進行低速攪拌混合，再加入砂石和助劑進行高速攪拌混合后，得到石墨烯/水泥砂漿復合材料。

本發(fā)明對所述助劑的種類沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿助劑即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述助劑優(yōu)選包括減水劑、消泡劑、觸變潤滑劑和羥丙基甲基纖維素中的一種或多種，更優(yōu)選為減水劑、消泡劑、觸變潤滑劑或羥丙基甲基纖維素，更優(yōu)選為減水劑和/或其他助劑(包括消泡劑、觸變潤滑劑和羥丙基甲基纖維素中的一種或多種)。

本發(fā)明對所述低速攪拌混合的轉(zhuǎn)速沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的攪拌混合過程的轉(zhuǎn)速即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述低速攪拌混合的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為80～200rpm，更優(yōu)選為110～170rpm，最優(yōu)選為130～150rpm。本發(fā)明對所述低速攪拌混合的時間沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的攪拌混合過程的時間設(shè)置即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整。

本發(fā)明對所述高速攪拌混合的轉(zhuǎn)速沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的攪拌混合過程的轉(zhuǎn)速即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述高速攪拌混合的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為200～350rpm，更優(yōu)選為230～320rpm，最優(yōu)選為260～290rpm，最優(yōu)選為240～280rpm。本發(fā)明對所述高速攪拌混合的時間沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的攪拌混合過程的時間設(shè)置即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整。

本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的石墨烯添加方式，將石墨烯通過化學或者物理方式包裹于砂石顆粒表面，然后再用于后續(xù)生產(chǎn)中。并且進一步優(yōu)選采用了新的分散方式，可從根本上解決柔性石墨烯在水泥體系中混合不均勻的弊病，能夠保證石墨烯的均勻分散。同時將石墨烯包裹于砂石顆粒表面，可以保證石墨烯的平鋪狀態(tài)減少褶皺，更好地發(fā)揮其性能。

本發(fā)明為提高工藝的完整性，保證石墨烯/水泥砂漿復合材料的性能，所述再次混合后優(yōu)選還包括養(yǎng)護過程。

本發(fā)明對所述養(yǎng)護過程的具體步驟和參數(shù)沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥砂漿的養(yǎng)護的過程和參數(shù)即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述養(yǎng)護過程的具體步驟和參數(shù)優(yōu)選參照國家相關(guān)標準完成即可，本發(fā)明中石墨烯的添加不影響?zhàn)B護過程的步驟和參數(shù)。

本發(fā)明上述步驟提供了一種石墨烯/水泥砂漿復合材料及其制備方法，創(chuàng)造性的改變了石墨烯類材料的添加方式，首先將石墨烯類材料包裹于砂石顆粒表面，然后將處理后的砂石顆粒添加到水泥中，能夠很好地解決石墨烯類材料分散問題，保證其優(yōu)良性能的完美發(fā)揮，而且不需要加入其它助劑，減少了雜質(zhì)的引入，從根本上解決了柔性石墨烯類材料在水泥體系中混合不均勻的弊病，能夠保證石墨烯類材料的均勻分散，同時將石墨烯類材料包裹于砂石顆粒表面，可以保證石墨烯的平鋪狀態(tài)減少褶皺，更好地發(fā)揮其性能。

實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的制備方法，可從根本上解決柔性石墨烯在水泥體系中混合不均勻的弊病，能夠保證石墨烯類材料的均勻分散，具有較好的平鋪狀態(tài)，較少的褶皺；而且還具有更好的力學性能。

為了進一步說明本發(fā)明，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的一種石墨烯/水泥砂漿復合材料及其制備方法進行詳細描述，但是應(yīng)當理解，這些實施例是在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制，本發(fā)明的保護范圍也不限于下述的實施例。

實施例1

1)取一定量含量為0.5％氧化石墨烯(cn106115669a)乙醇溶液，超聲攪拌3h；

2)按照氧化石墨烯0.5％的比例將250g標準砂顆粒在機械攪拌下緩慢添加到步驟1)中得到的氧化石墨烯溶液中，持續(xù)攪拌30min；

3)將步驟2)所得混合溶液添加到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器內(nèi)；

4)控制真空度為0.09mpa，水浴溫度60℃，旋轉(zhuǎn)速度50rpm，持續(xù)進行，至物料呈干燥狀態(tài)為止，得到表面均勻分散氧化石墨烯的砂顆粒，即氧化石墨烯覆膜顆粒；

對本發(fā)明實施例1制備的氧化石墨烯/標砂復合材料進行表征和分析，宏觀分析，覆膜后標準砂較覆膜前明顯顏色加深。

參見圖1，圖1為本發(fā)明實施例所制備的氧化石墨烯/標砂復合材料與普通標砂的宏觀形貌對比圖。

對本發(fā)明上述步驟制備的氧化石墨烯/標砂復合材料進行透射電鏡微觀分析，氧化石墨烯膜層附著均勻，厚度為50nm左右。

實施例2

1)取1350g標準砂按照氧化石墨烯0.2％的比例與氧化石墨烯(cn106430175a)進行復合，使其實現(xiàn)完成包裹；(具體步驟可參照實施例1)

2)將1)中氧化石墨烯復合標準砂置于膠砂攪拌機砂罐內(nèi)，攪拌槽內(nèi)加入450g標號為42.5r的硅酸鹽水泥和225g水，低速攪拌30s。在第二個30s內(nèi)攪拌并同時加砂，加砂完畢機器在高速攪拌狀態(tài)下攪拌30s，后停拌90s；

3)在停拌時間內(nèi)用膠皮力具將葉片和鍋壁上的膠砂刮入鍋中間，在高速下繼續(xù)攪拌60s停機；

4)物料取出置于40*40*160mm的模具內(nèi)，震實，定型；

5)置于20℃、90％濕度的氧化箱內(nèi)養(yǎng)護；

6)同時制備空白水泥砂漿進行對比分析。

氧化石墨烯包裹標準砂前后宏觀形貌對比分析，如圖1所示。

利用超薄切片機和tem透射電鏡對實施例1中得到的氧化石墨烯改性標準砂進行分析，得到其斷面形貌。

參見圖2，圖2為本發(fā)明實施例2制備的氧化石墨烯和砂石的復合材料的tem透射電鏡照片。由圖2可知，氧化石墨烯均勻包裹于硬質(zhì)顆粒表面。

本發(fā)明利用掃描電子顯微鏡對實施例1中養(yǎng)護后的氧化石墨烯/水泥砂漿復合材料與同配方的常規(guī)水泥砂漿進行微觀形貌分析，得到其掃描電鏡照片。

參見圖3，圖3為本發(fā)明實施例2制備的養(yǎng)護7天后的氧化石墨烯/水泥砂漿復合材料的掃描電鏡照片。

參見圖4，圖4為常規(guī)養(yǎng)護7天后的水泥砂漿的掃描電鏡照片。

參見圖5，圖5為本發(fā)明實施例2制備的養(yǎng)護14天后的氧化石墨烯/水泥砂漿復合材料的掃描電鏡照片。

參見圖6，圖6為常規(guī)養(yǎng)護14天后的水泥砂漿的掃描電鏡照片。

參見圖7，圖7為本發(fā)明實施例2制備的養(yǎng)護21天后的氧化石墨烯/水泥砂漿復合材料的掃描電鏡照片。

參見圖8，圖8為常規(guī)養(yǎng)護21天后的水泥砂漿的掃描電鏡照片。

由圖3～8可知，養(yǎng)護7天后微觀對比分析發(fā)現(xiàn)，常規(guī)水泥凈漿斷面存在較多的針狀物質(zhì)，這將對水泥強度產(chǎn)生較大影響，而改性的氧化石墨烯水泥凈漿斷面針狀物質(zhì)明顯較少，物質(zhì)之間結(jié)合緊密。養(yǎng)護14天及21天結(jié)果一致。加入氧化石墨烯的水泥砂漿物料結(jié)合程度更加緊密。

實施例3

1)取1350g標準砂按照石墨烯0.5％的比例與石墨烯(cn106082198a)進行復合，使其實現(xiàn)完成包裹；(具體步驟可參照實施例1)

2)將1)中石墨烯復合標準砂置于膠砂攪拌機砂罐內(nèi)，攪拌槽內(nèi)加入450g標號為42.5的硅酸鹽水泥和225g水，低速攪拌30s。在第二個30s內(nèi)攪拌并同時加砂，加砂完畢機器在高速攪拌狀態(tài)下攪拌30s，后停拌90s；

3)在停拌時間內(nèi)用膠皮力具將葉片和鍋壁上的膠砂刮入鍋中間，在高速下繼續(xù)攪拌60s停機；

4)物料取出置于40*40*160mm的模具內(nèi)，震實，定型；

5)置于20℃、90％濕度的氧化箱內(nèi)養(yǎng)護；

6)同時制備空白水泥砂漿進行對比。

按照實施例2同樣的方式定期取樣分析，微觀形貌結(jié)果與其完全一致。另外，定期取樣進行抗折抗壓等宏觀力學性能分析。

參見表1，表1為本發(fā)明實施例3制備的石墨烯/水泥砂漿復合材料和同配方的常規(guī)水泥砂漿的抗折性能分析。

參見表2，表2為本發(fā)明實施例3制備的石墨烯/水泥砂漿復合材料和同配方的常規(guī)水泥砂漿的抗壓性能分析。

表1

表2

從表1和表2中數(shù)據(jù)分析可知，本發(fā)明制備的石墨烯/水泥砂漿復合材料力學性能得到較大程度提升，與微觀形貌的改變吻合。

實施例4

1)取1350g標準砂按照石墨烯0.4％的比例與石墨烯進行復合，使其實現(xiàn)完成包裹；

2)將1)中石墨烯復合標準砂置于膠砂攪拌機砂罐內(nèi)，攪拌槽內(nèi)加入450g標號為52.5的硅酸鹽水泥和225g水，低速攪拌30s。在第二個30s內(nèi)攪拌并同時加砂，加砂完畢機器在高速攪拌狀態(tài)下攪拌30s，后停拌90s；

3)在停拌時間內(nèi)用膠皮力具將葉片和鍋壁上的膠砂刮入鍋中間，在高速下繼續(xù)攪拌60s停機；

4)物料取出置于40*40*160mm的模具內(nèi)，震實，定型；

5)置于20℃、90％濕度的氧化箱內(nèi)養(yǎng)護；

6)同時制備空白水泥砂漿進行對比。

按照實施案例2同樣的方式定期取樣分析，微觀形貌結(jié)果與其完全一致。另外，定期取樣進行抗折抗壓等宏觀力學性能分析。

參見表3，表3為本發(fā)明實施例4制備的石墨烯/水泥砂漿復合材料和同配方的常規(guī)水泥砂漿的抗折性能分析。

參見表4，表4為本發(fā)明實施例4制備的石墨烯/水泥砂漿復合材料和同配方的常規(guī)水泥砂漿的抗壓性能分析。

表3

表4

從表3和表4中數(shù)據(jù)分析可知，本發(fā)明制備的石墨烯/水泥砂漿復合材料力學性能得到較大程度提升，與微觀形貌的改變吻合。

以上對本發(fā)明提供的一種石墨烯類材料/水泥砂漿復合材料及其制備方法進行了詳細的介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員都能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，和實施任何結(jié)合的方法。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明專利保護的范圍通過權(quán)利要求來限定，并可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其他實施例。如果這些其他實施例具有不是不同于權(quán)利要求文字表述的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的文字表述無實質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素，那么這些其他實施例也應(yīng)包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。