一種石墨烯增強劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水泥增強劑，特別涉及一種石墨烯增強劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 選用適當?shù)耐饧觿?，是提高混凝土強度的途徑之一，在水泥混凝土行業(yè)中，為了與 國家提倡的大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)政策相 協(xié)調(diào)，外加劑已廣泛應用到水泥混凝土中，一方面節(jié)約資源保護環(huán)境為目的，另一方面用于 改善水泥基材的化學組成、改善水泥石的孔結(jié)構(gòu)，調(diào)控水泥水化過程，使水泥中的凝膠更加 均勻和致密，降低針狀鈣礬石的生成，使得水泥石結(jié)構(gòu)更加致密，從而有效提高混凝土的強 度、抗?jié)B性和耐久性。
[0003] 水泥的顆粒粒徑大多在7~200μπι，但是其大部分的水化產(chǎn)物C-S-H凝膠為納米 尺寸，通過在膠凝材料中摻加納米材料，不光可以起到填充孔隙的作用，納米材料的高能表 面還能起到晶核作用，納米材料的表面能與C-S-H凝膠形成鍵合，誘導|丐研^石在納米材料 附件生長，最后形成以納米材料為節(jié)點，C-S-H凝膠為網(wǎng)絡的三維空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從而大大 地提高水泥硬化后衆(zhòng)體的物理力學性能和耐久性。Shenghua Lv等人利用改進的Hummers 法氧化石墨并超聲得到含氧量為29.75%的氧化石墨烯、并將其復合在水泥基材料中，試驗 結(jié)果表明0.03%質(zhì)量摻量的氧化石墨烯能夠顯著提高水泥砂漿的抗壓、抗彎和抗拉強度，分 別提尚38.9%、60.7%和78.6%，氧化石墨稀能有效地調(diào)控水泥水化廣物的微觀結(jié)構(gòu)從而提尚 水泥基材料的強度和韌性，但是，氧化石墨烯比表面積很大，在堿性環(huán)境下容易發(fā)生絮凝， 故氧化石墨烯直接摻入水泥中會產(chǎn)生絮凝，這對于氧化石墨烯在水泥基材料中的分散很不 利，會直接影響氧化石墨烯產(chǎn)生的增強效果，甚至會由于團聚產(chǎn)生水泥基體缺陷引起強度 損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯增強劑及其制備方法，以解決現(xiàn)有混凝土增強劑 中使用氧化石墨烯造成混凝土基體缺陷引起強度損失的技術(shù)缺陷。
[0005] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的： 一種石墨烯增強劑，其組分按重量百分比計包括：減水組分10~14%、保坍組分12~ 18%、葡萄糖酸鈉3.2~3.6%、氧化石墨稀8~12%、穩(wěn)定劑0.4~0.6%、去離子水51~66%; 其中，減水組分以重量百分比計包括:30~35%甲基烯基聚氧乙烯醚、3~4%丙烯酸、61 ~67%去尚子水； 其中，保坍組分以重量百分比計包括：25~30%烯丙基聚氧乙烯基醚、10~15%馬來酸 酐、1%~3%丙烯酸、5~8%二丙烯酸乙二醇酯、44~59%去離子水； 其中，穩(wěn)定劑為聚乙烯吡咯烷酮。
[0006] 本發(fā)明提供的石墨烯增強劑，其中，減水組分的重量百分比優(yōu)選12%、保坍組分的 重量百分比優(yōu)選16%、葡萄糖酸鈉的重量百分比優(yōu)選3.4%、氧化石墨烯的重量百分比優(yōu)選 10%、穩(wěn)定劑的重量百分比優(yōu)選ο. 5%、去離子水的重量百分比優(yōu)選58.1 %。
[0007] 其中，減水組分以重量百分比計：甲基烯基聚氧乙烯醚優(yōu)選33%、丙烯酸優(yōu)選3.5%、 去離子水優(yōu)選63.5%，甲基烯基聚氧乙烯醚和丙烯酸為合成共聚物。
[0008] 其中，保坍組分以重量百分比計：烯丙基聚氧乙烯基醚優(yōu)選27%、馬來酸酐優(yōu)選 12%、丙烯酸優(yōu)選2%、二丙烯酸乙二醇酯優(yōu)選6%、去離子水優(yōu)選53%，烯丙基聚氧乙烯基醚、馬 來酸酐、丙烯酸和二丙烯酸乙二醇酯為合成高分子共聚物。
[0009] 本發(fā)明還提供一種制備上述石墨烯增強劑的制備方法，包括如下步驟： 取減水組分和保坍組分加入去離子水中，攪拌均勻，然后加入葡萄糖酸鈉，繼續(xù)攪拌混 合，使用氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至7.0，加入經(jīng)20KHz超聲處理2~5小時的氧化石墨烯，攪拌混 合，最后緩慢加入穩(wěn)定劑，攪拌均勻后即得。
[0010] 其中，氧化石墨烯優(yōu)選超聲處理3小時。
[0011] 本發(fā)明的有益效果： 1、本發(fā)明提供的石墨烯增強劑，加入到混凝土拌合物中，可實現(xiàn)氧化石墨烯在水泥里 的均勻分散，能明顯減少水泥石內(nèi)部的孔洞，改善水泥石的孔結(jié)構(gòu)，同時使水泥中的凝膠更 加均勻，能明顯地降低針狀鈣礬石的生成，使得水泥石結(jié)構(gòu)更加致密，能夠使得水泥中CH晶 體細化，從而有效提高混凝土的強度、抗?jié)B性和耐久性。
[0012] 2、本發(fā)明的制備方法簡單，且該石墨烯增效劑具有高效、長期儲存穩(wěn)定性好的特 點，本發(fā)明所制備的氧化石墨烯增強劑，可提高同配比混凝土強度30%~46%。。
【具體實施方式】
[0013] 實施例1 石墨烯增強劑： 按重量百分比計：10%減水組分、12%保坍組分、3.2%葡萄糖酸鈉、8%氧化石墨烯、0.4%穩(wěn) 定劑聚乙烯吡咯烷酮、66%去離子水。
[0014] 其中，減水組分以重量百分比計包括:30%甲基烯基聚氧乙烯醚、3%丙烯酸、67%去 咼子水。
[0015]其中，保坍組分以重量百分比計包括:25%稀丙基聚氧乙烯基醚、10%馬來酸酐、1% 丙烯酸、5%二丙烯酸乙二醇酯、59%去離子水。
[0016]石墨烯增強劑的制備方法，包括如下步驟： 取上述減水組分和保坍組分加入去離子水中，攪拌均勻，然后加入葡萄糖酸鈉，繼續(xù)攪 拌混合，使用氫氧化鈉溶液節(jié)調(diào)PH值至7.0，加入經(jīng)20KHz超聲處理2小時的氧化石墨烯，攪 拌混合，最后緩慢加入穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻后即得。
[0017] 實施例2 石墨烯增強劑： 按重量百分比計：14%減水組分、18%保坍組分、3.6%葡萄糖酸鈉、12%氧化石墨烯、0.6% 穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮、51%去離子水。
[0018] 其中，減水組分以重量百分比計包括：35%甲基烯基聚氧乙烯醚、4%丙烯酸、61%去 咼子水。
[0019]其中，保坍組分以重量百分比計包括：30%烯丙基聚氧乙烯基醚、15%馬來酸酐、3% 丙烯酸、8%二丙烯酸乙二醇酯、44%去離子水。
[0020]石墨烯增強劑的制備方法，包括如下步驟： 取減水組分和保坍組分加入去離子水中，攪拌均勻，然后加入葡萄糖酸鈉，繼續(xù)攪拌混 合，使用氫氧化鈉溶液節(jié)調(diào)PH值至7.0，加入經(jīng)20KHZ超聲處理5小時的氧化石墨烯，攪拌混 合，最后緩慢加入穩(wěn)定劑，攪拌均勻后即得。
[0021 ] 實施例3 石墨烯增強劑： 按重量百分比計：12%減水組分、16%保坍組分、3.4%葡萄糖酸鈉、10%氧化石墨烯、0.5% 穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮、58.1%去離子水。
[0022] 其中，減水組分以重量百分比計包括：33%甲基烯基聚氧乙烯醚、3.5%丙烯酸、 63.5%去尚子水。
[0023]其中，保坍組分以重量百分比計包括：27%烯丙基聚氧乙烯基醚、12%馬來酸酐、2% 丙烯酸、6%二丙烯酸乙二醇酯、53%去離子水。
[0024]石墨烯增強劑的制備方法，包括如下步驟： 取減水組分和保坍組分加入去離子水中，攪拌均勻，然后加入葡萄糖酸鈉，繼續(xù)攪拌混 合，使用氫氧化鈉溶液節(jié)調(diào)PH值至7.0，加入經(jīng)20KHz超聲處理3小時的氧化石墨烯，攪拌混 合，最后緩慢加入穩(wěn)定劑，攪拌均勻后即得。
[0025] 按照GB/T 17671 -1999的檢測方法，采用P · 042.5水泥，進行了水泥膠砂的抗折 強度和水泥膠砂的抗壓強度試驗，其中石墨烯增強劑采用實施例3制備所得，石墨烯增強劑 的使用量按照水泥重量的百分比計算。
[0026] 水泥砂漿抗壓強度測試:水泥450g、標準砂1350g、水225g。
[0027]石墨烯增效劑的摻量為水泥重量的0.20%加入到水泥漿體中，試驗結(jié)果如表1和 表2所示。
[0028]表1水泥膠砂的抗折強度
表2水泥膠砂的抗壓強度
由表1和表2得出結(jié)論： 1、該石墨烯增效劑能使水泥抗折強度提高顯著，中期7d抗折強度提高幅度較大。
[0029] 其中：P · 042.5水泥3d抗折強度達到國家標準的134%~158%，是基準強度的106% ~125%;達到國家標準28d強度的72%~85%，是28d基準強度的59%~70%。7(1抗折強度達到國 家標準28d強度的103%~125%，是基準強度的110%~133%，28d抗折強度達到國家標準28d 強度的132%~157%，是基準強度的108%~130%，抗折強度指標超過62.5R國家標準。
[0030] 2、水泥膠砂中期7d抗壓強度發(fā)展較快，后期強度較高，中期7d抗壓強度提高幅度 較大。
[0031 ] 其中：P · 042.5水泥3d抗壓強度達到國家標準的134%~169%，是基準強度的117% ~147%;達到國家標準28d強度的54%~68%，是28d基準強度的49%~62%;7d抗壓強度達 到國家標準28d抗壓強度的102%~129%，是基準強度的147%~185%; 28d抗壓強度達到國家 標準的140%~172%，是基準強度的128%~157%，抗壓強度指標基本達到62.5國家標準。 [0032] 3、水泥中期7d強度發(fā)展很快，絕對數(shù)值較大，抗折與抗壓幾乎同幅增長，中后期增 幅趨緩，抗折強度增幅較抗壓強度增幅為緩，總體上，水泥膠砂的后期強度仍然保持較高的 增長速度。
【主權(quán)項】
1. 一種石墨烯增強劑，其特征在于組分按重量百分比計包括： 減水組分 10~14% 保坍組分 12~18% 葡萄糖酸鈉3.2~3.6% 氧化石墨烯8~12% 穩(wěn)定劑 0.4~0.6% 去尚子水 51~66% 其中，所述減水組分以重量百分比計包括：30~35%甲基烯基聚氧乙烯醚、3~4%丙烯 酸、61~67%去離子水； 其中，所述保坍組分以重量百分比計包括:25~30%烯丙基聚氧乙烯基醚、10~15%馬來 酸酐、1%~3%丙烯酸、5~8%二丙烯酸乙二醇酯、44~59%去離子水； 其中，所述穩(wěn)定劑為聚乙烯吡咯烷酮。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯增強劑，其特征在于：所述減水組分的重量百分比為 12%、所述保坍組分的重量百分比為16%、所述葡萄糖酸鈉的重量百分比為3.4%、所述氧化石 墨烯的重量百分比為10%、所述穩(wěn)定劑的重量百分比為0.5%、所述去離子水的重量百分比為 58.1%〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯增強劑，其特征在于所述減水組分以重量百分比計包 括:33%甲基烯基聚氧乙烯醚、3.5%丙烯酸、63.5%去離子水。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯增強劑，其特征在于所述保坍組分以重量百分比計包 括:27%稀丙基聚氧乙烯基醚、12%馬來酸酐、2%丙烯酸、6%二丙烯酸乙二醇酯、53%去離子水。5. -種制備權(quán)利要求1至4中任一項所述的石墨烯增強劑的方法，其特征在于包括如下 步驟： 取減水組分和保坍組分加入去離子水中，攪拌均勻，然后加入葡萄糖酸鈉，繼續(xù)攪拌混 合，使用氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至7.0，加入經(jīng)20KHz超聲處理2~5小時的氧化石墨烯，攪拌混 合，最后緩慢加入穩(wěn)定劑，攪拌均勻后即得。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于:所述氧化石墨烯超聲處理3小時。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯增強劑及其制備方法，其中石墨烯增強劑包括減水組分10～14%、保坍組分12～18%、葡萄糖酸鈉3.2～3.6%、氧化石墨烯8～12%、穩(wěn)定劑0.4～0.6%、去離子水51～66%，通過將減水組分和保坍組分加入去離子水中，加入葡萄糖酸鈉，使用氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至7.0，加入氧化石墨烯制得。本發(fā)明解決了現(xiàn)有混凝土增強劑中使用氧化石墨烯造成混凝土基體缺陷引起強度損失的技術(shù)缺陷，從而能有效提高混凝土的強度、抗?jié)B性和耐久性，且該石墨烯增效劑具有高效、長期儲存穩(wěn)定性好，可提高同配比混凝土強度30%～46%。
【IPC分類】C04B24/26
【公開號】CN105601154
【申請?zhí)枴緾N201510999208
【發(fā)明人】丁立, 張仲才
【申請人】四川碳世界科技有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月28日