本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种微波膨胀的石墨烯材料及其在混凝土中的应用。
背景技术：
传统的混凝土材料，抗压强度高，但其抗拉强度很不理想、脆性大等问题暴露的越来越多。如果混凝土材料自身缺陷得不到全面认识和妥善解决，将会制约其在各个领域的进一步应用。在推进混凝土材料向高强高性能化、绿色环保化、高耐久和智能化方面发展过程中，首要解决的问题就是改善混凝土材料的抗拉强度低、韧性差、渗透性差等缺陷。
石墨烯独特的能带结构和电子输运特性，以及优异的力学、电化学、热学性能，使其成为增强混凝土材料抗拉强度、韧性和电化学性能的重要材料。凭借其在混凝土基体中的体积效应、表面效应、填充效应，石墨烯在改善混凝土材料的抗拉强度、韧性、渗透性以及耐久性等方面展现出良好的应用前景。
中国专利申请cn108675667a公开了一种制备混凝土用石墨烯纳米水性浆料的装置及方法，将可膨胀石墨置于高温电加热膨胀炉内经碳化硅加热棒加热至950℃进行膨胀，得到膨胀的石墨蠕虫，并通过空气泵吹入反应釜内。将双氧水与反应釜内的石墨蠕虫喷雾混合氧化，得到亲水型石墨蠕虫；将氨丙基三甲氧基硅烷水溶液通过喷雾进料机构与亲水型石墨蠕虫喷雾混合，反应得到改性石墨蠕虫；加入氨基磺酸盐系高效减水剂和粉煤灰(平均粒径9μm)，得改性石墨蠕虫浆料；调节反应釜的搅拌机构使改性石墨蠕虫浆料从出料口排出，通过浆料泵并入高速分散机进行分散剥离，剥离后的改性石墨蠕虫浆料回到反应釜的上部，循环剥离至改性石墨蠕虫浆料的平均粒径＜40μm后，开启出料阀门接料，即得混凝土用石墨烯纳米水性浆料。但是该方法通过高温炉将石墨直接膨胀，存在石墨高温与空气中的氧气直接反应生成二氧化碳的可能，会导致最后石墨烯产品产率极低，且操作过程过于复杂，方法缺陷性明显。
技术实现要素：
为了克服现有技术的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种微波膨胀石墨烯材料的制备方法，该方法将石墨先酸化然后再在惰性气体保护氛围中高温热处理制备出微波膨胀石墨烯纳米材料的方法，避免石墨直接高温处理，解决石墨高温氧化、石墨烯产率低的问题。
本发明的另一目的在于提供由上述方法制得的石墨烯材料。
本发明的再一目的在于提供上述微波膨胀石墨烯材料在混凝土中的应用，能够提高混凝土性能。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种微波膨胀石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50-100份石墨、10-40份硝酸钠、10-40份高锰酸钾加入反应容器中，逐滴加入1-5份浓硫酸，冰水浴持续搅拌保持混合物温度低于50℃，搅拌过程中缓慢滴入10-100份去离子水，反应3小时后反应容器内的溶液由黑绿色变成亮黄色，对其进行水洗过滤，真空干燥后得到的石墨烯前驱体；
所述的份数为重量份；
所述的真空干燥优选在100℃下进行；
(2)将石墨烯前驱体放入微波炉中，开启微波辐射，石墨烯前驱体会迅速膨胀，待其不再膨胀，关闭微波辐射，得到微波膨胀的石墨烯材料。
将制得的微波膨胀石墨烯材料应用在混凝土中，能显著提高混凝土的强度、降低水化热，有效提高了混凝土材料的性能；
所述的微波膨胀石墨烯材料应用在混凝土中，微波膨胀石墨烯材料的添加量占混凝土质量的0.001-0.01％。
与cn108675667a公开的一种制备混凝土用石墨烯纳米水性浆料的装置及方法中先高温膨胀再氧化相比，本方法先氧化再微波膨胀制备的石墨烯形貌更完整，比表面积更大(约为其十倍以上)，能更好地发挥石墨烯的导电导热性能好、电子迁移速率高的特点，促进混凝土水化热向外扩散，防止混凝土内部膨胀开裂。此外微波膨胀石墨烯表面还有一定的含氧官能团，为混凝土水化反应提供活性位点，调节水化反应，降低混凝土的水化热，从而能有效提高混凝土强度。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明通过先酸化石墨再微波膨胀的方法制备混凝土用石墨烯纳米材料，避免了高温下石墨的氧化损失，实现了高产率制备微波膨胀石墨烯纳米材料，减少环境污染，能带来很好的环保效益。
(2)通过微波膨胀的方法制备混凝土用的石墨烯纳米材料，扩宽了石墨烯的应用领域，能带来很好的经济效益。
(3)石墨烯具有独特的物理化学性能，本发明将微波膨胀石墨烯纳米材料应用于混凝土材料，能显著提高混凝土的强度、降低水化热，有效提高了混凝土材料的性能。
(4)把微波膨胀石墨烯纳米材料应用于混凝土材料，对于改善混凝土材料的抗拉强度、韧性、渗透性以及耐久性等方面的不足，提高建筑物的耐侵蚀性及使用寿命等，具有非常广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1-4
一种微波膨胀石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将100份石墨、30份硝酸钠、40份高锰酸钾加入反应容器中，逐滴加入5份浓硫酸，冰水浴持续搅拌保持混合物温度低于50℃，搅拌过程中缓慢滴入100份去离子水，反应3小时后反应容器内的溶液由黑绿色变成亮黄色，对其进行水洗过滤，100℃真空干燥后得到的石墨烯前驱体；
所述的份数为重量份；
(2)将石墨烯前驱体放入微波炉中，开启微波辐射，石墨烯前驱体会迅速膨胀，待其不再膨胀，关闭微波辐射，得到微波膨胀的石墨烯材料。
按重量份计，取水泥1份，标准砂1.11份，石子2.72份，水0.38份，上述的微波膨胀石墨烯材料0～0.01份。采用gb50107-2010混凝土强度检验评定标准中的测试方法，使用的水泥为po42.5普通水泥，将水泥、标准砂、水和石墨烯材料装入混凝土搅拌机中搅拌10～13min得到石墨烯混凝土拌合物，采用振动台振捣成型后进行标养。在相对湿度为95％、温度20℃条件下养护28天。测试微波膨胀石墨烯纳米材料不同添加量对水泥的强度(mpa)的影响，测试结果如表1所示：
表1.混凝土性能测试结果
从表1试验结果可以看出，通过添加微波膨胀石墨烯材料，混凝土强度最高可提高20％以上，显示了很好的应用效果。
微波膨胀石墨烯比表面积约是混凝土比表的103倍以上，添加质量分数0.01％的石墨烯体积约占混凝土体积的10％，添加过量微波膨胀石墨烯对混凝土性能提升不高，此外易影响混凝土外观且成本较高，因此微波膨胀石墨烯添加量宜控制在0.01％以内。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。