氧化石墨烯提高碳纤维在水泥砂浆中的分散均匀性的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种提高碳纤维在水泥砂浆中分散 均匀性的方法。
【背景技术】
[0002] 碳纤维水泥基复合材料(Carbon Fiber Cement Composites，简称CFRC)是在普通 水泥基材料中掺入短切碳纤维而成的一种复合材料。这种材料不但具有优良的力学性能， 而且具有一定的电磁屏蔽效应，其电磁屏蔽效应有望用于军事或医疗建筑。因此，碳纤维在 水泥砂浆中的分散性对CFRC性能的提高有着重要的影响。
[0003] 目前，提高碳纤维在水泥砂浆中的分散性主要通过恒温水浴分散:具体为将分散 剂制作成溶液后，在水浴锅中保持温度在80°C左右，缓慢加入碳纤维搅拌，纤维分散后冷却 至室温待用，将硅粉、水泥以及其他原料在砂浆搅拌机中搅拌后加入含碳纤维的水溶液。另 外，含有超声波湿法分散:将拌和用水加热至40_60°C，加入分散剂，然后加入短切碳纤维， 继续搅拌，再超声波振荡分散，此时，碳纤维基本均匀分散在水中，将硅粉、水泥以及其它原 料在砂浆搅拌机中搅拌后加入含碳纤维的水溶液。
[0004] 氧化石墨烯制备简单，表面含有丰富的-OH、-C00H、-0-等官能团，且具有了良好的 分散性、易与无机纳米材料结合及与高分子聚合物的相容性较好等特性。以氧化石墨烯接 枝到碳纤维表面，可以在碳纤维表面形成很好的润滑层，碳纤维之间的更好的发生滑移，避 免了碳纤维在水泥砂浆拌合的过程发生团聚现象。减水剂同时能起到接枝氧化石墨烯的作 用，另一方面可以提高或改善CFRC的各项性能。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的缺陷或不足，本发明一方面提供了氧化石墨烯作为分散剂用于提 高碳纤维在水泥砂浆中的分散均匀性的应用。
[0006] 所述应用包括：
[0007] 步骤一，将碳纤维在硝酸中处理，将硝酸处理后的碳纤维在第一减水剂水溶液中 浸泡合理时间后干燥处理得到预处理后的碳纤维；
[0008] 步骤二，将氧化石墨烯和预处理后的碳纤维溶解于第二减水剂水溶液中，混匀后 得到分散溶液，所述第二减水剂水溶液为步骤一中用于浸泡碳纤维后的第一减水剂水溶液 的稀释液；
[0009 ]步骤三，将分散溶液加入水泥砂浆中混匀。
[0010] 所述硝酸质量分数为60%-90%。
[0011] 所述第一减水剂溶液的质量浓度为70%-80%。
[0012] 所述第二减水剂溶液的质量浓度为5%-8%。
[0013] 所述第一减水剂为聚羧酸系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、密胺树脂系减水剂或 脂肪族系减水剂。
[0014] 所述第一减水剂和第二减水剂的质量和与水泥的质量比为(0.8%-1.2% ): I;
[0015] 所述氧化石墨烯与碳纤维的质量比为(0.1-0.5) :1。
[0016] 与现有的方法相比，本发明具有如下的特点：
[0017] (1)本发明借助石墨烯对碳纤维具有较好分散性，同时综合利用减水剂在分散碳 纤维中的作用，提高碳纤维在水泥砂浆中分散均匀性也提高提高了 CFRC的各项性能。
[0018] (2)本发明对碳纤维在水泥砂浆中分散均匀性提高明显，碳纤维在水泥砂浆中的 团聚现象明显减少，碳纤维水泥基复合材料性能明显提高。综上，本发明方法完全借助科 学、客观的手段来提高碳纤维在水泥砂浆中分散均匀性，结果准确可靠。
【附图说明】
[0019] 以下结合【附图说明】与【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0020] 图1为本发明的技术路线图；
[0021] 图2为实施例1中碳纤维掺量在0.2%情况下在水中的分散效果图，（a)、（b)分别是 湿法分散和本发明方法的效果图；
[0022] 图3为实施例1中使用湿法分散和本发明方法下随着碳纤维量的增加 CFRC力学性 能变化图，（a)抗压强度；（b)抗折强度；
[0023]图4为实施例2中为水泥胶浆试件中碳纤维的SEM图，（a)、（b)分别是普通湿法和本 发明方法制备的试件中碳纤维的SEM图。
【具体实施方式】
[0024]本发明借助氧化石墨烯对碳纤维的高分散性和减水剂的双重作用，提高碳纤维水 泥基复合材料中碳纤维的分散性。以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步解释说 明。
[0025] 实施例1:
[0026]在不同碳纤维的掺量下，以CFRC 7d抗折抗压试验试验，使用该方法分散下来测试 和分析碳纤维在CFRC分散均匀性。
[0027] 碳纤维用量按水泥质量的0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%进行;氧化石墨 烯与碳纤维的比为〇. 2:1，水泥为P. 0 42.5R，砂子为中砂，减水剂为氨基磺酸盐类减水剂， 掺量为水泥质量的1 %，减水率为21 %，配合比见表1，按照下述方法制备CFRC试件，测试 CFRC的28d抗压和抗折强度，利用CFRC强度的变化评价碳纤维在CFRC中的分散程度。：
[0028]步骤一:将碳纤维在70_90°C硝酸中水浴l_2h，将硝酸水浴后的碳纤维在一定质量 的液体高效减水剂中浸泡7_8h，然后过滤出碳纤维并进行干燥处理；
[0029] 步骤二：用一定质量的水将过滤后去除碳纤维的液体高效减水剂的浓度稀释至5-8%，将氧化石墨烯溶解于水溶液中超声分散120-150S;
[0030] 步骤三:接着将干燥处理的碳纤维加入氧化石墨烯与液体高效减水剂的混合液中 并再超声分散处理120-150S;
[0031] 步骤四：按照配合比设计，将水泥、含碳纤维的高效减水剂溶液、剩余的水倒入砂 浆搅拌机中以62 ± 5r/min的速度拌和30s，然后加入砂子搅拌30s，静置90s后，以相同的速 度继续搅拌60s，最后将碳纤维水泥砂衆倒入模具中成型养护。
[0032]同时以相同配合比采用羧甲基纤维素钠分散替代氧化石墨烯，并用湿法分散碳纤 维制作CFRC试件并养护，测试其28d抗压和抗折强度。
[0033] 表1CFRC的配合比（g)
[0036]图2为两种情况下碳纤维掺量为0.2%时，碳纤维的分散效果图，图3为使用两种方 法制备的CFRC试件的28d抗压和抗折变化图。从图中可以看出，使用该发明的方法，碳纤维 的分散效果好，CFRC的力学性能提高明显，说明使用该方法后，碳纤维在水泥砂浆中的分散 均匀性提高。
[0037] 实施例2:
[0038]制作碳纤维掺量为0.6%的水泥净浆，其配合比见表2,具体制备方法同实施例1; 同时以相同配合比，采用羧甲基纤维素钠分散替代氧化石墨烯并采用湿法分散，成型并养 护试件，然后对试件进行扫描电镜分析，结果见图4。
[0039] 表2配合比（g)
[〇〇411图4表明，使用本发明的方法制备的CFRC试件中碳纤维分散性较好，互相搭接，而 湿法分散的CFRC试件中的碳纤维易出现明显的团聚现象。
【主权项】
1. 氧化石墨烯作为分散剂用于提高碳纤维在水泥砂浆中的分散均匀性的应用。2. 如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用包括： 步骤一，将碳纤维在硝酸中处理，将硝酸处理后的碳纤维在第一减水剂水溶液中浸泡 合理时间后干燥处理得到预处理后的碳纤维； 步骤二，将氧化石墨烯和预处理后的碳纤维溶解于第二减水剂水溶液中，混匀后得到 分散溶液，所述第二减水剂水溶液为步骤一中用于浸泡碳纤维后的第一减水剂水溶液的稀 释液； 步骤三，将分散溶液加入水泥砂浆中混匀。3. 如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述硝酸质量分数为60 %-90 %。4. 如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述第一减水剂溶液的质量浓度为70%-80% 〇5. 如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述第二减水剂溶液的质量浓度为5%-8%。6. 如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述第一减水剂为聚羧酸系减水剂、氨基磺 酸盐系减水剂、密胺树脂系减水剂或脂肪族系减水剂。7. 如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述第一减水剂和第二减水剂的质量和与水 泥的质量比为(〇.8%-1.2%):1。8. 如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述氧化石墨烯与碳纤维的质量比为(0.1- 0.5):1〇
【专利摘要】本发明公开了氧化石墨烯提高碳纤维在水泥砂浆中的分散均匀性的应用。所述应用包括：将碳纤维在硝酸中处理，将硝酸处理后的碳纤维在第一减水剂水溶液中浸泡合理时间后干燥处理得到预处理后的碳纤维；将氧化石墨烯和预处理后的碳纤维溶解于第二减水剂水溶液中，混匀后得到分散溶液，所述第二减水剂水溶液为步骤一中用于浸泡碳纤维后的第一减水剂水溶液；将分散溶液加入水泥砂浆中混匀。本发明借助氧化石墨烯对碳纤维具有较好分散性，同时综合利用减水剂在分散碳纤维中的作用，提高碳纤维在水泥砂浆中分散均匀性也提高了CFRC的各项性能。
【IPC分类】C04B14/38, C04B20/10
【公开号】CN105541147
【申请号】CN201510936841
【发明人】王振军, 刘亮, 张学斌, 阎鑫, 白敏
【申请人】长安大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月14日