[發明專利]一種石墨烯-碳納米管-碳纖維增強體混凝土的制備與應用

在審

• 申請號: 202110966050.5
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113754369A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 李孟;馮美軍;田冬軍;曲恒輝;張圣濤;朱輝;王軍崗;王延相
• 申請（專利權）人: 山東高速材料技術開發集團有限公司
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B14/38;C04B14/02
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 李茜

本發明公開了一種石墨烯?碳納米管?碳纖維增強體增強混凝土及其制備方法與應用。包括以下重量份數的原料：石墨烯?碳納米管?碳纖維增強體2.0～4.0份，水泥35～55份，分散劑4～8份，減水劑0.5～3.5份，水10～30份，砂石20～30份。本發明的混凝土先將石墨烯?碳納米管?碳纖維增強體與分散劑充分混合，加入到水泥中得到混合物；將水和減水劑混合均勻，得到攪拌用水；將砂石、混合物加入攪拌機中干拌，加入攪拌用水進行攪拌，制備完成。本發明充分利用石墨烯?碳納米管?碳纖維增強體的高力學性能來提升混凝土的韌性，具有品質優、制備工藝簡單等優點，適合大面積推廣和應用。

技術領域

本發明涉及混凝土技術領域，具體涉及一種石墨烯-碳納米管-碳纖維增強體混凝土的制備與應用。

背景技術

隨著經濟的發展，現代化程度不斷加深，超級基礎建設工程主要采用大體量的水泥基材料，而日益嚴酷的使用環境對混凝土提出了更高的性能要求。并且，在不斷循環的加卸載過程中混凝土結構容易發生突發性破壞，造成重大的財產損失和人員傷亡。因此人們對現代建筑提出了跨度更大，層次更高的要求，為了滿足這些需求，對建筑材料提出更高的要求，尤其是水泥基復合材料，其中利用纖維增強成為關鍵。因此，國內外在纖維增強水泥復合材料的研究上有了重大的突破。

近年來，材料物理與化學等交叉學科的發展極大地促進了水泥基機材料的研究進程。尤其是隨著納米材料的發展和水泥混凝土日益增加的功能需求，諸如納米碳纖維、碳納米管和氧化石墨烯等先進的納米材料被用于水泥基體中以制備具有自診斷、自調節、自適應或自修復等功能的水泥基復合材料，并取得了較豐富的研究成果。但研究表明，受制于上述材料在導電性能、物理力學性能或與水泥基體間的結合問題等多種因素，目前水泥基材料在同時改善力學性能以及工程智能化應用等方面還有較大提升空間，仍需借助材料的革新推動水泥混凝土研究和應用。石墨烯是近年來新崛起的高性能材料，為目前世界上最薄強度最大的納米材料，市場前景廣泛。碳纖維增強體作為纖維增強材料，其優點，力學性能突出，比重小，抗酸堿腐蝕性強。碳纖維作為增強體不僅可以提高水泥復合材料的抗折、抗拉強度，還賦予了水泥基混凝土材料的質輕高強、耐沖擊、不易干縮等特點。基于此，碳纖維水泥基材料獲得了越來越多的青睞。所以需要將石墨烯與碳纖維共同應用于混凝土，在水泥基材料中實現分散優化和界面改性以提升混凝土的韌性。

發明內容

針對上述現有技術，本發明的目的是提供一種石墨烯-碳納米管-碳纖維增強體混凝土的制備與應用。本發明將石墨烯-碳納米管-碳纖維增強體應用于混凝土中，發明重點是石墨烯-碳納米管-碳纖維增強體制備及在水泥基材料中的分散優化和界面改性，使其在滿足水泥基材料實際需求的前提下使各種性能得到提升。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一方面，提供一種石墨烯-碳納米管-碳纖維增強體混凝土，包括以下重量份數的原料：

石墨烯-碳納米管-碳纖維增強體2.0～4.0份，水泥35～55份，分散劑4～8份，減水劑0.5～3.5份，水10～30份，砂石20～30份。

優選的，所述水泥為硅酸鹽水泥。

優選的，所述碳納米管-碳纖維增強體由以下方法制備：把碳納米管-碳纖維增強體與石墨烯按照重量比80:20混合而制成石墨烯-碳納米管-碳纖維增強體；

優選的，所述碳納米管-碳纖維增強體由以下方法制備：

1)對12K碳纖維進行電化學改性，得到表面處理后的碳纖維；

2)將步驟1)得到的碳纖維浸入金屬鹽溶液中，將浸漬后的碳纖維放入管式爐中，通入保護氣體和H₂，得到表面負載金屬納米顆粒的碳纖維；

3)將步驟2)得到的碳纖維放入化學氣相沉積爐中，同時通入H₂和C₂ H₂的混合氣體，得到表面生長碳納米管的碳纖維。