[發明專利]一種硫氧鎂水泥基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810051669.1
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108083758B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 于影;楊國輝;夏鍇倫;蔣林華;白舒雅
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C04B28/30
• 分類號: C04B28/30;C04B14/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 許云花

本發明公開了一種硫氧鎂水泥基復合材料及其制備方法，該復合材料包括石墨烯、納米材料分散劑、消泡劑、微粉硅膠、淀粉、硫酸鎂溶液及輕燒MgO粉；其制法為將石墨烯、納米材料分散劑、微粉硅膠及淀粉混勻，加入硫酸鎂溶液中，分散，制得混合液，隨后將該混合液、消泡劑及輕燒MgO粉混合攪勻后，倒入模具成型12～36h后脫模，進行養護即可。本發明的顯著優點為該硫氧鎂水泥基復合材料具有高抗拉強度，其相比于傳統的未添加石墨烯的硫氧鎂水泥材料，抗拉強度提高了68～144.9％，具有優越的耐久性及可靠性；同時，其制備方法簡單，過程易控制，成本低，節能環保。

技術領域

本發明屬于水泥材料領域，尤其涉及一種硫氧鎂水泥基復合材料及其制備方法。

背景技術

硫氧鎂水泥是由活性MgO和一定濃度的MgSO₄溶液配制形成的一種MgO-MgSO₄-H₂O三元膠凝體系，具有凝結硬化快、早期強度高、粘結性好、不需要濕養護、導熱性低、耐火性高、耐磨性好及耐腐蝕性優異等特點，且生產能耗低，制備工藝簡單，可廣泛應用于生產建筑輕質保溫墻板、耐火材料、裝飾裝修材料及油井堵漏等工程。但改性前硫氧鎂水泥抗拉強度較低，實際應用中易出現受力不均，導致結構耐久性降低，嚴重限制了其應用。隨著對硫氧鎂水泥研究的深入，硫氧鎂水泥摻入檸檬酸會生成一種新的5Mg(OH)₂·MgSO₄·7H₂O結晶相(517相)，其物理力學性能得以提高。而粉煤灰顆粒的填充作用能使硫氧鎂水泥漿體更加密實，從而提高其抗壓強度。但目前對改善硫氧鎂水泥抗折強度的研究還并不廣泛。

石墨烯是由碳六元環組成的蜂窩狀點陣結構，其獨特的二維晶格結構使其具有優異的力學、電學、光學性質。因此可以作為理想的增強材料，賦予復合材料更優異的性能，擴展復合材料的應用領域。石墨烯具有優異的機械性能、良好的柔韌性和巨大的比表面積，使得它與硫氧鎂水泥進行良好復合可以實現兩種材料的優勢互補或加強，能夠大幅度提高硫氧鎂水泥基材料的抗拉強度，改善耐久性和可靠性，賦予其新性能，使其在工程材料中具有強大的發展力。但由于石墨烯表面能低，與水泥之間界面作用弱，分散效果差。因此，現亟需一種能夠有效提高石墨烯在水泥中的分散作用，制備出具有高抗拉強度的硫氧鎂水泥復合材料。

發明內容

發明目的：本發明的第一目的是提供一種具有高抗拉強度的硫氧鎂水泥基復合材料；本發明的第二目的是提供該復合材料的制備方法。

技術方案：本發明的硫氧鎂水泥基復合材料，包括如下原料：石墨烯、納米材料分散劑、消泡劑、微粉硅膠、淀粉、硫酸鎂溶液及輕燒MgO粉；其中，所述石墨烯占輕燒MgO粉質量的0.02～2.0％，石墨烯、納米材料分散劑、消泡劑、微粉硅膠及淀粉的質量比為1:(0.005～0.05):(0.002～0.01):(0.003～0.03):(0.02～0.3)。

本發明通過在原料中添加微粉硅膠、淀粉及納米材料分散劑，從而使得微粉硅膠、淀粉與納米材料分散劑協同作用，提高石墨烯在水泥中的均勻分散力，使得石墨烯完全摻入到硫氧鎂水泥中，提高與水泥界面的作用力。優選的，石墨烯、納米材料分散劑、消泡劑、微粉硅膠及淀粉的質量比可為1:(0.01～0.03):(0.005～0.008):(0.007～0.01):(0.06～0.2)，在該含量范圍內能夠使得石墨烯、納米材料分散劑、微粉硅膠及淀粉更優地相溶，從而提高石墨烯在水泥中的分散力。

進一步說，本發明采用的石墨烯的厚度為2.0～4.0nm，比表面積為360～450m²/g，采用該厚度范圍及比表面積范圍能夠使得石墨烯更好地分散于水泥中。

再進一步說，消泡劑可包括磷酸三丁酯或二甲基硅油。納米材料分散劑可包括十二烷基苯磺酸鈉、膽酸鈉或聚乙烯吡咯烷酮。硫酸鎂溶液的質量百分濃度可為0.28～0.33。輕燒MgO粉與硫酸鎂的摩爾比可為7～9:1。

本發明制備硫氧鎂水泥基復合材料的方法，包括如下步驟：