氧化石墨烯提高碳纖維在水泥砂漿中的分散均勻性的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高碳纖維在水泥砂漿中分散 均勻性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維水泥基復(fù)合材料(Carbon Fiber Cement Composites，簡(jiǎn)稱(chēng)CFRC)是在普通 水泥基材料中摻入短切碳纖維而成的一種復(fù)合材料。這種材料不但具有優(yōu)良的力學(xué)性能， 而且具有一定的電磁屏蔽效應(yīng)，其電磁屏蔽效應(yīng)有望用于軍事或醫(yī)療建筑。因此，碳纖維在 水泥砂漿中的分散性對(duì)CFRC性能的提高有著重要的影響。
[0003] 目前，提高碳纖維在水泥砂漿中的分散性主要通過(guò)恒溫水浴分散:具體為將分散 劑制作成溶液后，在水浴鍋中保持溫度在80°C左右，緩慢加入碳纖維攪拌，纖維分散后冷卻 至室溫待用，將硅粉、水泥以及其他原料在砂漿攪拌機(jī)中攪拌后加入含碳纖維的水溶液。另 外，含有超聲波濕法分散:將拌和用水加熱至40_60°C，加入分散劑，然后加入短切碳纖維， 繼續(xù)攪拌，再超聲波振蕩分散，此時(shí)，碳纖維基本均勻分散在水中，將硅粉、水泥以及其它原 料在砂漿攪拌機(jī)中攪拌后加入含碳纖維的水溶液。
[0004] 氧化石墨烯制備簡(jiǎn)單，表面含有豐富的-OH、-C00H、-0-等官能團(tuán)，且具有了良好的 分散性、易與無(wú)機(jī)納米材料結(jié)合及與高分子聚合物的相容性較好等特性。以氧化石墨烯接 枝到碳纖維表面，可以在碳纖維表面形成很好的潤(rùn)滑層，碳纖維之間的更好的發(fā)生滑移，避 免了碳纖維在水泥砂漿拌合的過(guò)程發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。減水劑同時(shí)能起到接枝氧化石墨烯的作 用，另一方面可以提高或改善CFRC的各項(xiàng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明一方面提供了氧化石墨烯作為分散劑用于提 高碳纖維在水泥砂漿中的分散均勻性的應(yīng)用。
[0006] 所述應(yīng)用包括：
[0007] 步驟一，將碳纖維在硝酸中處理，將硝酸處理后的碳纖維在第一減水劑水溶液中 浸泡合理時(shí)間后干燥處理得到預(yù)處理后的碳纖維；
[0008] 步驟二，將氧化石墨烯和預(yù)處理后的碳纖維溶解于第二減水劑水溶液中，混勻后 得到分散溶液，所述第二減水劑水溶液為步驟一中用于浸泡碳纖維后的第一減水劑水溶液 的稀釋液；
[0009 ]步驟三，將分散溶液加入水泥砂漿中混勻。
[0010] 所述硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%-90%。
[0011] 所述第一減水劑溶液的質(zhì)量濃度為70%-80%。
[0012] 所述第二減水劑溶液的質(zhì)量濃度為5%-8%。
[0013] 所述第一減水劑為聚羧酸系減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑、密胺樹(shù)脂系減水劑或 脂肪族系減水劑。
[0014] 所述第一減水劑和第二減水劑的質(zhì)量和與水泥的質(zhì)量比為(0.8%-1.2% ): I;
[0015] 所述氧化石墨烯與碳纖維的質(zhì)量比為(0.1-0.5) :1。
[0016] 與現(xiàn)有的方法相比，本發(fā)明具有如下的特點(diǎn)：
[0017] (1)本發(fā)明借助石墨烯對(duì)碳纖維具有較好分散性，同時(shí)綜合利用減水劑在分散碳 纖維中的作用，提高碳纖維在水泥砂漿中分散均勻性也提高提高了 CFRC的各項(xiàng)性能。
[0018] (2)本發(fā)明對(duì)碳纖維在水泥砂漿中分散均勻性提高明顯，碳纖維在水泥砂漿中的 團(tuán)聚現(xiàn)象明顯減少，碳纖維水泥基復(fù)合材料性能明顯提高。綜上，本發(fā)明方法完全借助科 學(xué)、客觀的手段來(lái)提高碳纖維在水泥砂漿中分散均勻性，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 以下結(jié)合【附圖說(shuō)明】與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 圖1為本發(fā)明的技術(shù)路線圖；
[0021] 圖2為實(shí)施例1中碳纖維摻量在0.2%情況下在水中的分散效果圖，（a)、（b)分別是 濕法分散和本發(fā)明方法的效果圖；
[0022] 圖3為實(shí)施例1中使用濕法分散和本發(fā)明方法下隨著碳纖維量的增加 CFRC力學(xué)性 能變化圖，（a)抗壓強(qiáng)度；（b)抗折強(qiáng)度；
[0023]圖4為實(shí)施例2中為水泥膠漿試件中碳纖維的SEM圖，（a)、（b)分別是普通濕法和本 發(fā)明方法制備的試件中碳纖維的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明借助氧化石墨烯對(duì)碳纖維的高分散性和減水劑的雙重作用，提高碳纖維水 泥基復(fù)合材料中碳纖維的分散性。以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步解釋說(shuō) 明。
[0025] 實(shí)施例1:
[0026]在不同碳纖維的摻量下，以CFRC 7d抗折抗壓試驗(yàn)試驗(yàn)，使用該方法分散下來(lái)測(cè)試 和分析碳纖維在CFRC分散均勻性。
[0027] 碳纖維用量按水泥質(zhì)量的0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%進(jìn)行;氧化石墨 烯與碳纖維的比為〇. 2:1，水泥為P. 0 42.5R，砂子為中砂，減水劑為氨基磺酸鹽類(lèi)減水劑， 摻量為水泥質(zhì)量的1 %，減水率為21 %，配合比見(jiàn)表1，按照下述方法制備CFRC試件，測(cè)試 CFRC的28d抗壓和抗折強(qiáng)度，利用CFRC強(qiáng)度的變化評(píng)價(jià)碳纖維在CFRC中的分散程度。：
[0028]步驟一:將碳纖維在70_90°C硝酸中水浴l_2h，將硝酸水浴后的碳纖維在一定質(zhì)量 的液體高效減水劑中浸泡7_8h，然后過(guò)濾出碳纖維并進(jìn)行干燥處理；
[0029] 步驟二：用一定質(zhì)量的水將過(guò)濾后去除碳纖維的液體高效減水劑的濃度稀釋至5-8%，將氧化石墨烯溶解于水溶液中超聲分散120-150S;
[0030] 步驟三:接著將干燥處理的碳纖維加入氧化石墨烯與液體高效減水劑的混合液中 并再超聲分散處理120-150S;
[0031] 步驟四：按照配合比設(shè)計(jì)，將水泥、含碳纖維的高效減水劑溶液、剩余的水倒入砂 漿攪拌機(jī)中以62 ± 5r/min的速度拌和30s，然后加入砂子攪拌30s，靜置90s后，以相同的速 度繼續(xù)攪拌60s，最后將碳纖維水泥砂衆(zhòng)倒入模具中成型養(yǎng)護(hù)。
[0032]同時(shí)以相同配合比采用羧甲基纖維素鈉分散替代氧化石墨烯，并用濕法分散碳纖 維制作CFRC試件并養(yǎng)護(hù)，測(cè)試其28d抗壓和抗折強(qiáng)度。
[0033] 表1CFRC的配合比（g)
[0036]圖2為兩種情況下碳纖維摻量為0.2%時(shí)，碳纖維的分散效果圖，圖3為使用兩種方 法制備的CFRC試件的28d抗壓和抗折變化圖。從圖中可以看出，使用該發(fā)明的方法，碳纖維 的分散效果好，CFRC的力學(xué)性能提高明顯，說(shuō)明使用該方法后，碳纖維在水泥砂漿中的分散 均勻性提高。
[0037] 實(shí)施例2:
[0038]制作碳纖維摻量為0.6%的水泥凈漿，其配合比見(jiàn)表2,具體制備方法同實(shí)施例1; 同時(shí)以相同配合比，采用羧甲基纖維素鈉分散替代氧化石墨烯并采用濕法分散，成型并養(yǎng) 護(hù)試件，然后對(duì)試件進(jìn)行掃描電鏡分析，結(jié)果見(jiàn)圖4。
[0039] 表2配合比（g)
[〇〇411圖4表明，使用本發(fā)明的方法制備的CFRC試件中碳纖維分散性較好，互相搭接，而 濕法分散的CFRC試件中的碳纖維易出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 氧化石墨烯作為分散劑用于提高碳纖維在水泥砂漿中的分散均勻性的應(yīng)用。2. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用包括： 步驟一，將碳纖維在硝酸中處理，將硝酸處理后的碳纖維在第一減水劑水溶液中浸泡 合理時(shí)間后干燥處理得到預(yù)處理后的碳纖維； 步驟二，將氧化石墨烯和預(yù)處理后的碳纖維溶解于第二減水劑水溶液中，混勻后得到 分散溶液，所述第二減水劑水溶液為步驟一中用于浸泡碳纖維后的第一減水劑水溶液的稀 釋液； 步驟三，將分散溶液加入水泥砂漿中混勻。3. 如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，所述硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60 %-90 %。4. 如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，所述第一減水劑溶液的質(zhì)量濃度為70%-80% 〇5. 如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，所述第二減水劑溶液的質(zhì)量濃度為5%-8%。6. 如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，所述第一減水劑為聚羧酸系減水劑、氨基磺 酸鹽系減水劑、密胺樹(shù)脂系減水劑或脂肪族系減水劑。7. 如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，所述第一減水劑和第二減水劑的質(zhì)量和與水 泥的質(zhì)量比為(〇.8%-1.2%):1。8. 如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，所述氧化石墨烯與碳纖維的質(zhì)量比為(0.1- 0.5):1〇
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了氧化石墨烯提高碳纖維在水泥砂漿中的分散均勻性的應(yīng)用。所述應(yīng)用包括：將碳纖維在硝酸中處理，將硝酸處理后的碳纖維在第一減水劑水溶液中浸泡合理時(shí)間后干燥處理得到預(yù)處理后的碳纖維；將氧化石墨烯和預(yù)處理后的碳纖維溶解于第二減水劑水溶液中，混勻后得到分散溶液，所述第二減水劑水溶液為步驟一中用于浸泡碳纖維后的第一減水劑水溶液；將分散溶液加入水泥砂漿中混勻。本發(fā)明借助氧化石墨烯對(duì)碳纖維具有較好分散性，同時(shí)綜合利用減水劑在分散碳纖維中的作用，提高碳纖維在水泥砂漿中分散均勻性也提高了CFRC的各項(xiàng)性能。
【IPC分類(lèi)】C04B14/38, C04B20/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105541147
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510936841
【發(fā)明人】王振軍, 劉亮, 張學(xué)斌, 閻鑫, 白敏
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)安大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日