[發明專利]一種修飾的石墨烯改性水泥基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011418601.6
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112521091B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 李玲;明陽;陳平;胡成;李青;甘國興;潘格林
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學;桂林新南科技有限公司
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B28/06;C04B20/02;C04B14/02;C04B111/20
• 代理公司: 東莞市中正知識產權事務所(普通合伙) 44231
• 代理人: 成偉

本發明提供一種修飾的多層石墨烯改性水泥基復合材料，其特征在于，按照重量份計，包括30?50份水泥、50?80份石英砂、10?20份粉煤灰、5?10份增強纖維、3?7份修飾的多層石墨烯、1?3份萘系高效減水劑、1?2份消泡劑、10?30份水。本發明首次采用羧基和聚酰胺?胺類樹枝狀高分子共同修飾多壁碳納米管，可以顯著地改善抗壓強度、抗折強度等性能；通過增強纖維在漿體結構中均勻分散從而與水泥基料結合牢固，進而提高了水泥基復合材料的抗裂性能和優異的抗沖擊性能。

技術領域

本發明屬于建筑材料技術領域，具體涉及一種修飾的石墨烯改性水泥基復合材料及其制備方法。

背景技術

水泥基復合材料廣泛應用于基礎建設以及工程建筑，隨著時代的發展，普通復合材料仍然存在不少不足，近年來采用碳納米管、碳纖維和石墨烯等納米材料對水泥基復合材料的改性、增強取得了不少進步。石墨烯優異的力學、電學、熱學性能，使其成為增強水泥基材料抗拉強度、韌性和電學性能的重要材料。憑借其在基體中的體積效應、表面效應、填充效應，石墨烯在改善水泥基材料的抗拉強度、韌性、滲透性以及耐久性等方面展現出良好的應用前景。

中國專利CN110857246A公開了一種氧化石墨烯復合的水泥砂漿，其特征在于，以水泥、水、砂子、減水劑和氧化石墨烯為原料，進行混合攪拌，形成水泥砂漿，其中，水泥和砂子按照質量比為1:3混合，水灰比為0.35，所述氧化石墨烯的摻量為水泥固體質量的0.01-0.07wt％，所述減水劑的摻量為水泥固體質量的0.198-0.306wt％。中國專利CN110183181A公開了一種改性水泥基復合材料的制備方法，包括如下重量份的組分：360-480份水泥，200-300份水，0.08-0.5份氧化石墨烯，0.5-5份聚羧酸減水劑，10-100份硅灰，1300-1400份標準砂。

然而，對于石墨烯應用于水泥基復合材料都已經屬于現有技術了，但是基本都需要對石墨烯進行改性。這是因為石墨烯、碳納米管等對性能的提升在于其分散性，如果分散不均勻容易導致水泥基復合材料內部增強不均，會致使其出現受力分布不均。石墨烯片層之間的π-π鍵以及范德華力的存在使其容易團聚，難以制備均一穩定的石墨烯分散液、石墨烯自身的團聚性以及與水泥基復合材料中的其他組分的相容性也導致其難以在水泥基復合材料中分散均勻，從而不能充分發揮其增強作用。如何從現有技術中尋求更有效的石墨烯修飾的方法依然是研究的重點。

發明內容

本發明的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種修飾的石墨烯改性水泥基復合材料及其制備方法，通過對石墨烯的分散性進行改進，從而顯著地提高水泥基復合材料的強度、韌性、抗沖擊等性能。

為解決上述技術問題，本發明技術方案之一為：一種修飾的石墨烯改性水泥基復合材料，按照重量份計，包括30-50份水泥、50-80份石英砂、10-20份粉煤灰、5-10份增強纖維、3-7份修飾的多層石墨烯、1-3份萘系高效減水劑、1-2份消泡劑、10-30份水；

所述修飾的多層石墨烯的制備方法為：

(a)稱取3-5g多層石墨烯，將其置于300-500mL的氯酸鈉、硫酸和過氧化氫混合溶液中，將溶液加熱至30-40℃并攪拌10-20min進行氧化，靜置倒掉上層清液，下層固態物用無水乙醇和去離子水洗滌，將所得的固態物在50-70℃下干燥，即得到羧基改性的多層石墨烯；

(b)將步驟(a)的羧基改性的多層石墨烯加入至0.01-0.05g/L的十二烷基三甲基溴化銨溶液中，加熱至40-60℃下攪拌均勻后緩慢加入0.1-0.5g聚酰胺-胺類樹枝狀高分子，回流反應3-5h，反應過程中對溶液進行攪拌并施加超聲波處理；

(c)反應結束后對反應溶液進行離心沉降，用無水乙醇和去離子水洗滌，將沉淀物在70-90℃下干燥，即得修飾的多層石墨烯。

進一步地，所述水泥為硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥中的一種或多種。