一种用于水泥基材料的氧化石墨烯基复合材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水泥基材料技术领域，具体涉及一种用于水泥基材料的氧化石墨烯基 复合材料及其制备方法。 技术背景
[0002] 水泥基材料主要包括混凝土和水泥砂浆，混凝土一般由水泥、砂子、石块与水拌合 形成，砂浆则一般由水泥、砂子和水拌合形成，在其制备的初期必须具有一定的流动性以满 足现代施工技术的要求，在后期必须具有较高的强度以满足建筑物的结构和工程的要求。 目前水泥基材料的发展趋势是高强度、长寿命和绿色化，遇到的主要问题是水泥基材料在 使用过程中产生裂缝及渗透等问题，严重的影响了水泥基材料的使用寿命。水泥基材料的 裂缝主要产生在硬化水泥浆的部分，产生裂缝的原因一是水泥的水化反及产生的复杂的水 泥水化产物的结构及形态所引起的，另一个是硬化水泥浆具有高的抗压强度和较低的抗折 强度和拉伸强度，容易产生裂缝。目前解决的主要方法是掺入一些细粉状矿物质填充水化 产物的形成的孔隙，这种方法对于水化产物的微观结构的改变作用较小；或者添加增强材 料如钢纤维、碳纤维、聚合物纤维、无机纤维等减少裂缝的产生，增强材料不能改变水泥浆 的微观结构，裂缝问题依然广泛存在。因此，水泥基材料的裂缝问题依然是其发展过程中的 瓶颈问题和亟待解决的主要问题。
[0003] 通过掺入氧化石墨烯纳米片层在水泥基材料中，发现氧化石墨烯片层能够控制水 泥水化反应及水化产物的晶体形状和堆积方式，能够显著的提高抗压强度特别是提高抗折 强度和拉伸强度，对于减少裂缝的产生具有明显的效果。同时也发现掺入氧化石墨烯片层 能够引起水泥基材料初期流动性明显下降，氧化石墨烯片层在水泥浆体中很难均匀分散， 这些缺陷影响了应用的效果。
【发明内容】
[0004] 为解决目前存在的这些技术问题，本发明实施例提供一种用于水泥基材料的氧化 石墨烯基复合材料及其制备方法。
[0005] 为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
[0006] 本发明实施例提供一种用于水泥基材料的氧化石墨條基复合材料，该氧化石墨條 基复合材料以下材料按照质量份制成：
[0007] 改性氧化石墨烯纳米片层分散液20~25份、大单体水溶液120~140份、小单体 混合物的水溶液30~40份、引发剂水溶液30~40份。
[0008] 上述方案中，所述改性氧化石墨烯纳米片层分散液是用2~3份甲基丙烯酸缩水 甘油醋与18~22份质量分数为1. 4~1. 6% %氧化石墨稀纳米片层分散液在pH为3~ 4、温度为50~60°C时反应2~3小时所得产物。
[0009] 上述方案中，所述大单体水溶液是将大单体溶解在水中所得，其中所述大单体重 量份为45~50份，所述大单体为稀丙基聚氧乙稀醚，其相对分子质量为2250。
[0010] 上述方案中，所述小单体混合物的水溶液为丙烯酸、衣糠酸和甲基丙烯磺酸钠溶 解于水中所得，其中，所述丙烯酸的重量份为8~10份、衣糠酸3~5份、甲基丙烯磺酸钠 的重量份为1~2份。
[0011] 上述方案中，所述引发剂水溶液由引发剂溶解于水而得，引发剂的重量份为1~2 份，所述引发剂为硝酸铈铵。
[0012] 本发明实施例还提一种用于水泥基材料的氧化石墨烯基复合材料的制备方法，该 方法为：按照质量份取120~140份大单体水溶液和20~25份改性氧化石墨烯片层分散 液到反应器内加热到50~60°C，再在搅拌下分别缓慢加入30~40份小单体混合水溶液 与30~40份引发剂溶液，滴加时间为1~2小时，滴加完成后继续保温反应3~4小时， 然后降温到30°C以下，用质量份数为30%的氢氧化钠溶液调节体系pH值为6. 5~7. 0,所 得产物为氧化石墨烯基复合材料。
[0013] 上述方案中，所述氧化石墨烯基复合材料的固含量在29%~31%，所述所述氧化 石墨烯基复合材料中氧化石墨烯纳米片层的质量分数在0. 0010%~0. 0012%。
[0014] 上述方案中，所述氧化石墨稀的纳米片层尺寸为30~80nm。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0016] 本发明所制备的氧化石墨條基复合材料惨入水泥基材料具有减水率尚、初期流动 性好和后期增强增韧效果显著的特点，成功的解决了单独掺入氧化石墨烯纳米片层使水泥 基材料初始流动性降低以及在水泥浆中分散不均匀的问题。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0018] 本发明实施例提供一种用于水泥基材料的氧化石墨條基复合材料，该氧化石墨條 基复合材料由以下材料按照质量份制成：
[0019] 改性氧化石墨烯纳米片层分散液20~25份、大单体水溶液120~140份、小单体 混合物的水溶液30~40份、引发剂水溶液30~40份。
[0020] 所述改性氧化石墨烯纳米片层分散液是用2~3份甲基丙烯酸缩水甘油酯与 18~22份质量分数为1. 4%~1. 5%氧化石墨烯纳米片层液在pH为3~4、温度为50~ 60 °C时反应2~3小时所得产物。
[0021] 所述氧化石墨烯纳米片层分散液通过以下方法制得：将3~5份粉末状石墨、8~ 12份浓磷酸和40~50份浓硫酸依次加入到三口烧瓶中在0~5°C下搅拌反应2小时，再 将10~15份高锰酸钾在1小时内分次加入到三口烧瓶中，温度升至55~60°C，反应5~ 6小时，溶液变为墨绿色，再在30分种内加入150~200份去离子水，继续反应30分种，再 缓慢加入质量分数30%的过氧化氢8~14份，加入时间为30分种~60分种，待溶液变为 黄褐色或者金黄色后继续反应30分种~60分种，然后降温到25°C，对产物进行离心沉淀、 用去离子水洗涤的方法直到洗涤水的pH为6. 5~7. 0,用BaS04溶液检验洗涤液中无SO42_， 再加入0. 5~1. 0份分散剂NN0,用超声波分散1小时得到氧化石墨烯纳米片层分散液，并 控制氧化石墨烯的质量分数在1. 5%左右，所得产物为氧化石墨烯分散液。
[0022] 所述大单体水溶液是将大单体溶解在水中所得，其中所述大单体重量份为45~ 50份，所述大单体为烯丙基聚氧乙烯醚，其相对分子质量为2250。
[0023] 所述小单体混合物的水溶液为丙烯酸、衣糠酸和甲基丙烯磺酸钠溶解于水中所 得，其中，所述丙烯酸的重量份为8~10份、衣糠酸3~5份、甲基丙烯磺酸钠的重量份为 1~2份。
[0024] 所述引发剂水溶液由引发剂溶解于水而得，引发剂的重量份为1~2份，所述引发 剂为硝酸铈铵。
[0025] 本发明实施例还提供一种用于水泥基材料的氧化石墨烯基复合材料的制备方法， 该方法为：按照质量份取120~140份大单体水溶液和20~25份氧化石墨烯片层分散液 到反应器内加热到50~60°C，再在搅拌下分别缓慢加入30~40份小单体混合水溶液与 30~40份引发剂溶液，滴加时间为1~2小时，滴加完成后继续保温反应3~4小时，然后 降温到30°C以下，用质量份数为30%的氢氧化钠溶液调节体系pH值为6. 5~7. 0,所得产 物为氧化石墨烯基复合材料。
[0026] 所述氧化石墨烯基复合材料中的固含量在29 %~31%，所述氧化石墨烯基复合 材料中氧化石墨稀纳米片层的质量分数在0. 0010~0. 0012%。
[0027] 所述氧化石墨稀的纳米片层尺寸为30~80nm。
[0028] 实施例一：
[0029] 步骤一：氧化石墨稀纳米片层分散液的制备
[0030] 将3份粉末状石墨、8份浓磷酸和40份浓硫酸依次加入到三口烧瓶中在2°C下搅 拌反应2小时，再将10份高锰酸钾在1小时内分次加入到三口烧瓶中，温度升至55°C，反应 5小时，溶液变为墨绿色，再在30分种内加入150份去离子水，继续反应30分种，在缓慢加 入质量分数30%的过氧化氢8~14份，加入时间为20分种，待溶液变为黄褐色或者金黄色 后继续反应30分种，然后降温到25°C，对产物进行离心沉淀、用去离子水洗涤的方法直到 洗涤水的pH为7. 0,用BaS04溶液检验洗涤液中无SO42_，再加入0. 5份分散剂NNO,用超声波 分散1小时得到氧化石墨烯纳米片层分散液，并控制氧化石墨烯的质量分数在1. 5%左右；
[0031] 步骤二：改性氧化石墨烯纳米片层分散液的制备：
[0032] 用2份甲基丙烯酸缩水甘油酯与18份质量分数为1. 4%氧化石墨烯纳米片层液在 pH为3、温度为50°C时反应2小时所得产物；
[0033] 步骤三：大单体水溶液的制备：
[0034] 所述大单体水溶液是45份聚氧乙烯醚固体溶解在75份水中所得；
[0035] 步骤四：小单体混合物水溶液的制备：
[0036] 所述小单体混合物的水溶液为8份丙烯酸、3份衣糠酸、和1份甲基丙烯磺酸钠溶 解在18份水中所得；
[0037] 步骤五：引发剂水溶液的制备：
[0038] 所述引发剂水溶液是将1份硝酸铈铵溶解在29份水所得；
[0039] 步骤八：氧化石墨條基复合材料的制备：
[0040] 按照质量份取120份大单体水溶液和20. 2份氧化石墨烯片层分散液到反应器内 加热到50°C，再在搅拌下分别缓慢加入30份小单体混合水溶液与30份引发剂溶液，滴加时 间为1小时，滴加完成后继续保温反应3小时，然后降温到30°C以下，用质量份数为30%的 氢氧化钠溶液调节体系pH值为6. 5,所得产物为一种对于水泥基材料具有减水和增强增韧 作用的氧化石墨烯基复合材料，调控复合材料的固含量在30%左右、氧化石墨烯纳米片层 的质量分数在0. 0011 %左右。
[0041] 实施例二：
[0042] 步骤一：氧化石墨稀纳米片层分散液的制备
[0043] 将4份粉末状石墨、10份浓磷酸和44份浓硫酸依次加入到三口烧瓶中在5°C下搅 拌反应2小时，再将13份高锰酸钾在1小时内分次加入到三口烧瓶中，温度升至58°C，反应 5. 5小时，溶液变为墨绿色，再在30分种内加入180份去离子水，继续反应30分种，在缓慢 加入质量分数30 %的过氧化氢10份，加入时间为50分种，待溶液变为黄褐色或者金黄色后 继续反应60分种，然后降温到25°C，对产物进行离心沉淀、用去离子水洗涤的方法直到洗 涤水的pH为7. 0,用BaS04溶液检验洗涤液中无SO42_，再加入1. 0份分散剂NNO,用超声波 分散1小时得到氧化石墨烯纳米片层分散液，并控制氧化石墨烯的质量分数在1. 5%左右； [0044]步骤二：改性氧化石墨烯纳米片层分散液的制备