[發明專利]一種石墨烯功能化水泥基材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011274825.4
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112299768B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 姚堯;張震宇;劉虎;曾濤
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種石墨烯功能化水泥基材料及其制備方法，包括以下步驟：步驟1，將水泥粉末和碳源攪拌混合均勻；步驟2，將步驟1得到的碳源和水泥粉末的混合物放入高溫爐中，將高溫爐升溫至500?700度進行煅燒，得到石墨烯功能化水泥基材料。本發明將碳源與水泥材料混合均一，在500?700℃溫度的環境下，實現石墨烯在水泥基質中的原位生長，即在水泥粉末表面原位生長出石墨烯片層，且保持了水泥的基本組分，最終提升了水泥材料的抗壓強度，克服了原有技術辦法的繁瑣化學改性以及物理超聲分散過程，降低了制備成本。

技術領域

本發明屬于新型建筑材料技術領域，具體涉及一種石墨烯功能化水泥基材料及其制備方法。

背景技術

石墨烯應用于改性水泥材料是目前最具有應用潛力的一類功能材料?，F有石墨烯混凝土制備方式，主要為對商業石墨烯進行表面改性后，利用大功率超聲分散儀器制備暫時穩定的石墨烯水溶液，隨后將混合溶液添加到膠凝材料中進行混凝土的拌合。這種制備方法的問題在于操作復雜，且商業石墨烯采購成本高昂，目前市場價來看，1g石墨烯的單價達到了800元左右，即使實驗室都只能小批量制備，工程應用有較大難度。因此，石墨烯混凝土制備技術仍然面臨著價格高、物理混合難等難題，導致其未能得到工程應用。

目前研究最為廣泛的氧化石墨烯混凝土相比于石墨烯混凝土雖然在制備上省去了表面改性這一繁雜過程，但是仍然要利用超聲儀器進行水溶液的制備。

因此，開發一種簡單、廉價的石墨烯和水泥材料混合均一的多功能水泥基材料的制備工藝迫在眉睫。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種石墨烯功能化水泥基材料及其制備方法，操作簡單、價格低廉。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種石墨烯功能化水泥基材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將水泥粉末和碳源攪拌混合均勻；

步驟2，將步驟1得到的碳源和水泥粉末的混合物放入高溫爐中，將高溫爐升溫至500-700度進行煅燒，得到石墨烯功能化水泥基材料。

優選的，步驟1中，碳源為葡萄糖、蔗糖、麥秸粉末或玉米秸粉末。

優選的，步驟1中，碳源質量占水泥粉末和碳源總質量的3％-10％；

優選的，步驟1中，攪拌時間為12h-72h。

優選的，步驟2中，煅燒時間為0.5h-10h。

采用所述的制備方法制備得到的石墨烯功能化水泥基材料。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明將碳源與水泥材料混合均一，在500-700℃溫度的環境下，實現石墨烯在水泥基質中的原位生長，即在水泥粉末表面原位生長出石墨烯片層，且保持了水泥的基本組分，最終提升了水泥材料的抗壓強度。由于石墨烯是從水泥粉末顆粒表面生長而成，直接避免了納米材料間強范德華力造成的團聚現象，能實現均勻分散。從制備工藝改進上來說，克服了原有技術辦法的繁瑣化學改性以及物理超聲分散過程。從經濟性來看，本發明所采用的原材料成本遠遠低于商業氧化石墨烯以及石墨烯，具備更潛在的工程應用價值，該方法合成石墨烯功能化水泥材料可拓展到規?；虡I應用，該方法有利于水泥材料后續的小試、中試、進一步商業化。本發明方法突破了石墨烯直接摻雜水泥材料的工程應用難題，突破了石墨烯均一摻雜水泥材料基質中的技術難題，填補該領域基礎理論研究和工程技術應用的空白，進一步推動石墨烯功能化水泥材料向工程應用邁進一步。

進一步的，本發明利用廉價的葡萄糖、蔗糖以及麥秸作為石墨烯制備原料，大大降低材料制備成本。