[發明專利]氧化石墨烯/碳納米管/納米洋蔥水泥基復合材料及制法

有效

• 申請號: 201811560665.2
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109503053B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 王志強;衛英杰;陳茜;李星
• 申請（專利權）人: 四川聚創石墨烯科技有限公司
• 主分類號: C04B28/02
• 分類號: C04B28/02
• 代理公司: 成都中璽知識產權代理有限公司 51233
• 代理人: 邢偉;熊禮

本發明提供了一種氧化石墨烯/碳納米管/碳納米洋蔥水泥基復合材料及其制備方法。所述方法包括：將氧化石墨烯、碳納米管和碳納米洋蔥分散在溶液中形成混合液；向混合液中加入水泥并攪拌均勻形成水泥漿液；向水泥漿液中加入填料，形成水泥基復合材料，氧化石墨烯、碳納米管、碳納米洋蔥和填料的用量分別占水泥重量的0.01～5％、0.01～3％、0.05～3％和200～350％。本發明能夠提高水泥材料的力學性能和耐蝕性能；提升水泥基復合材料的抗拉、抗折強度、抗裂性能和抗壓強度；還可有效阻止各種有害介質如氯離子、二氧化碳、硫酸根離子入侵造成的水泥基復合材料的侵蝕破壞等；且制備工藝簡單，生產方式綠色環保環境污染小。

技術領域

本發明涉及混凝土材料及其制備技術領域，具體來講，涉及一種以氧化石墨烯/碳納米管/碳納米洋蔥作為強化劑的水泥砂漿復合材料及其制備方法。

背景技術

水泥基復合材料作為全世界用量最大的復合材料，在生產生活中得到廣泛應用。但在實際工程應用中，水泥基復合材料還面臨凍融、碳化、侵蝕、腐蝕、開裂等一系列問題，導致其各方面性能顯著降低。為滿足國家基礎建設對高性能水泥復合材料的需求，開發高強度、高性能的水泥基復合材料勢在必行。因此，在利用現有原材料的前提下，提升水泥基復合材料的力學性能、耐久性能等至關重要。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術存在的上述不足中的至少一項。例如，本發明的目的之一在于提供一種新型的水泥基復合材料及其制備方法。

針對上述問題，發明人經研究得出了氧化石墨烯/碳納米管/碳納米洋蔥水泥基復合材料及制備方法。具體來講，氧化石墨烯是由碳原子sp2雜化組成的二維周期蜂窩狀點陣結構，獨特的晶體結構使其在二維方向上具有優異的力學性能。其結構中也存在許多含氧官能團，如羥基、羧基、環氧基等，因此具有良好的親水性，能均勻分散在水中。碳納米管中碳原子采取SP2雜化，相比SP3雜化，SP2雜化中S軌道成分比較大，使碳納米管具有高模量和高強度。碳納米管作為一維納米材料，也具有許多異常的力學、電學和化學性能。納米洋蔥碳是一種以C60為核心的同心多層球面套疊結構的碳分子，其在電子顯微鏡下的橫切面呈洋蔥狀，故我們形象的稱它為納米洋蔥碳。納米洋蔥碳較小半徑的微粒具有較大的表面曲率，所以化學反應活性更高。其在外部石墨層的包裹之下，具有較好的耐候性，較高的抗壓特性等。中空結構的納米洋蔥碳具有較低的密度，較大的比表面積，穩定性能與良好的表面浸潤性能。發明人發現，可基于這三種碳材料自身都有各自的優點，將其復合利用在水泥基復合材料中以獲得更加優異的效果。例如氧化石墨烯可以促進水泥形成均勻的結晶，碳納米管可利用其強度高的特性改變混凝土的容易脆斷性能，碳納米洋蔥可利用其在水泥中的釘扎作用提高水泥復合材料的抗拉伸性能等。

有鑒于此，本發明的一方面提供了一種氧化石墨烯/碳納米管/碳納米洋蔥水泥基復合材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：將氧化石墨烯、碳納米管和碳納米洋蔥分散在溶液中，形成混合液；向混合液中加入水泥并攪拌均勻，形成水泥漿液；向水泥漿液中加入填料，形成氧化石墨烯/碳納米管/碳納米洋蔥水泥基復合材料，其中，按重量計，所述氧化石墨烯的用量占所述水泥的0.01％～5％，所述碳納米管的用量占所述水泥的0.01％～3％，所述碳納米洋蔥的用量占所述水泥的0.05％～3％，所述填料的用量占所述水泥的200％～350％。進一步而言，所述氧化石墨烯的用量可占所述水泥的1.5％～3.0％，所述碳納米管的用量可占所述水泥的1.2％～2.0％，所述碳納米洋蔥的用量可占所述水泥的1.0％～2.0％；所述填料的用量可占所述水泥的250％～300％。

本發明的另一方面提供了一種氧化石墨烯/碳納米管/碳納米洋蔥水泥基復合材料，所述水泥基復合材料采用如上所述的制備方法得到。