[發明專利]石墨烯納米材料添加劑、水泥組合物、增強的混凝土及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201980076640.1
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN113272266B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 胡安·安赫爾·魯伊斯·莫亞;阿馬亞·羅梅羅·伊斯基耶多;瑪麗亞·德爾·普拉多·拉文·洛佩斯
• 申請（專利權）人: 格拉芬那諾有限公司;胡安·安赫爾·魯伊斯·莫亞
• 主分類號: C04B28/02
• 分類號: C04B28/02;C04B40/00;C04B14/38;C04B111/28;C04B111/34
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 馬叢

一種用于改善水泥組合物的石墨烯納米材料的添加劑、水泥組合物、用于制備混凝土的方法、混凝土以及混凝土的用途。所述添加劑包括石墨烯納米纖維、氧化石墨烯(GO)、分散劑(D)和高效減水劑(SP)的混合物，包含選自高比表面積的石墨烯納米纖維(GNF?HS)、低比表面積的石墨烯納米纖維(GNF?LS)或長長度的石墨烯納米纖維(GNF?LL)的至少兩種石墨烯納米纖維，其中所述石墨烯納米纖維的平均直徑為2nm至200nm，并且其中可通過微調石墨烯納米材料的所述添加劑從而含有不同比例的至少兩種石墨烯納米纖維，以用于特定性質的不同水泥組合物。

技術領域

本發明涉及用于改善水泥組合物、優選混凝土組合物的基于石墨烯納米材料的添加劑，以及摻入所述添加劑的水泥組合物。

術語“水泥”(其是此處使用的水泥組合物的基礎)在本領域中是眾所周知的，并且是指細、軟、干燥、粉狀的粘合劑物質，當將其與水混合時可以固化成堅硬的固體物質。水泥是一種用于建筑的物質，其可以凝固、硬化并粘附到其他材料上，從而將它們粘合在一起。水泥通常用于將沙子和礫石(骨料)粘合在一起。與細骨料混合的水泥產生用于磚石的砂漿，或者與沙子和礫石混合的水泥，產生混凝土。用于建筑的水泥通常是無機的，通常是石灰或硅酸鈣基的。如本文所用，術語“水泥”應理解為包括具有水下硬化特性的任何水泥，例如波特蘭水泥(Portland cement)、波特蘭水泥和天然水泥的混合物、火山灰水泥、礦渣水泥、磚石水泥、油井水泥、白色波特蘭水泥、波特蘭水泥和高爐礦渣水泥的混合物及類似材料。特別地，術語“水泥組合物(cementitious composition)”是指諸如石灰石、粘土、沙子和/或頁巖等成分的混合物。

在本發明的上下文中，術語“比表面積(SSA)”是指每單位質量的材料的總表面積。

在本發明的上下文中，表述“抗壓強度”是指材料或結構承受趨于減小尺寸的載荷的能力。

術語“氧化石墨烯”或“GO”是指sp²-雜化碳原子的單層，其具有可以附著在該單層的一側或兩側的氧官能團。附著在石墨烯片基面和邊緣上的氧官能團顯著改變了片之間的范德華相互作用，從而改善了它們在水中的分散性。

在本發明的上下文中，術語“高效減水劑(superplasticizer)”是指具有分散特性以避免顆粒離析(礫石、粗砂和細砂)、并改善混凝土中的懸浮體的流動特性(流變性)的聚合物。而且，高效減水劑具有顯著降低水泥組合物的水含量的特殊功能。通常，高效減水劑化合物包含10–30％的上述聚合物，其余為水。

這里使用的術語“碳化(carbonation)”是指環境中的二氧化碳與水泥漿中的氫氧化鈣的反應。該反應產生碳酸鈣，并將pH值降低到9左右。在該值下，包圍鋼筋的保護性氧化層破裂，并可能發生腐蝕。

背景技術

混凝土是骨料和粘合劑的復合材料，其中粘合劑主要是水泥、火山灰材料和水的組合。

混凝土的相對低的拉伸強度和延展性通過包含具有更高的拉伸強度和/或延展性的增強材料來抵消。從這個意義上說，使用鋼筋和大纖維來提供典型的混凝土增強材料，兩者都以毫米級增強混凝土。此外，Sanchez和Sobolev公開了使用諸如聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯和聚酰胺的聚合物來增強混凝土 [Construction and building materials，24(2010)2060-2071]。

水泥復合材料中的納米增強材料被認為比傳統的鋼筋/纖維增強材料更有效地從一開始就阻止了微裂紋的形成和蔓延，因為它們可以在納米尺寸的裂紋發展成微米尺寸的裂紋之前控制它們(在初始階段)。然而，將納米材料摻入水泥復合材料中是一項復雜的任務，并且有時會產生相反的結果。