石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料及其制备方法，属于纳米材料增强复合材料技术领域，该复合材料按质量份数计包括如下组分：石墨烯或氧化石墨烯0.0001‑0.001份，拌合水0.35份，水玻璃0.03‑0.06份，矿粉1份，骨料3份。由于矿渣颗粒在水玻璃中溶解后会产生大量的碱土金属二价离子，石墨烯或氧化石墨烯与Ca

Graphene or graphene oxide reinforced alkali activated slag cement composite material and preparation method thereof

The invention relates to a graphene or graphene oxide reinforced alkali activated slag cement composite material and a preparation method thereof, belonging to the field of nanometer material reinforced composite material technology, the composite materials according to the mass fraction meter comprises the following components: graphene or graphene oxide 0.0001 0.001 copies, 0.35 copies of mixing water, water glass 0.03 0.06, powder 1 copies, 3 copies of aggregate. Due to the dissolution of slag particles in water glass, a large amount of alkaline earth metal two valence ions, graphene or graphene oxide and Ca can be produced

【技术实现步骤摘要】
石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料及其制备方法
本专利技术属于纳米材料增强复合材料
，具体涉及石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料及其制备方法。
技术介绍
碱矿渣水泥是由磨细粒化高炉矿渣粉和碱性激发剂混合制备而成的，是一种具有快凝、早强、高强和优良抗冻性能、耐腐蚀性能的环保高性能胶凝材料，然而碱矿渣水泥脆性大、易开裂，严重限制了碱矿渣水泥的广泛应用。石墨烯和氧化石墨烯都是由碳原子sp2杂化组成的二维周期蜂窝状点阵结构，独特的晶体结构使其具有优异性质，石墨烯是目前自然界中力学性能最优的材料，其杨氏模量约为1TPa，拉伸强度高达130GPa。氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物，结构中存在许多含氧官能团，如羟基、羧基、环氧基等，因此具有良好的亲水性，能均匀分散在水中。目前已有报道表明，在普通硅酸盐水泥中掺入占胶凝材料质量比为0.05％的氧化石墨烯，可将抗压强度提高15％～33％、抗折强度提高41％～59％；在普通硅酸盐水泥中加入占胶凝材料质量比为0.02％的石墨烯，抗压强度提高20％～22％、抗折强度提高23％～70％。([具体可见文献：ZhuPanetal.CementandConcreteComposites,2015,58:140.MuruganMetal.CementandConcreteComposites,2016,70:48])。但是，由于碱矿渣水泥水化行为、水化产物与普通硅酸盐水泥均有所不同，石墨烯或氧化石墨烯在普通硅酸盐水泥中的作用机理与在碱矿渣水泥并不相同，因此，还需进一步探索石墨烯或氧化石墨烯在碱矿渣水泥的作用机理，以求能够制备出增强碱矿渣水泥复合材料。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于：(1)提供一种石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料；(2)提供一种石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料的制备方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料，按质量份数计，所述复合材料包括如下组分：石墨烯或氧化石墨烯0.0001-0.001份，拌合水0.35份，水玻璃0.03-0.06份，矿粉1份，骨料3份。进一步，按质量份数计，所述复合材料包括如下组分：石墨烯0.0001-0.0005份，拌合水0.35份，水玻璃0.04-0.06份，矿粉1份，骨料3份；或氧化石墨烯0.0002-0.0005份，拌合水0.35份，水玻璃0.04-0.06份，矿粉1份，骨料3份。进一步，所述石墨烯为水性石墨烯。进一步，所述氧化石墨烯中氧含量为10-20wt％。进一步，所述石墨烯或氧化石墨烯的片层厚度为0.5-50nm，片层大小为10-200μm。进一步，所述水玻璃中SiO2和Na2O的摩尔比为1.0-2.0：1；优选的，所述水玻璃中SiO2和Na2O的摩尔比为1.2-1.8：1。进一步，所述骨料为天然砂或机制砂。2、所述的石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将石墨烯或氧化石墨烯溶于水中搅拌均匀后制得石墨烯或氧化石墨烯溶液，将所述石墨烯或氧化石墨烯溶液与拌合水混匀后形成第一混合液；(2)将步骤(1)中的第一混合液与水玻璃混匀后形成第二混合液；(3)向步骤(2)中的第二混合液中加入矿粉和骨料，混合均匀后形成混合浆料；(4)将步骤(3)中的混合浆料装入试模中振实、抹平、覆膜，自然养护后脱模；再将脱模后的试件放入养护箱中养护至固定龄期，制得石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料。进一步，步骤(3)中，所述自然养护时间为24h。进一步，步骤(3)中，所述养护箱中相对湿度为95±3％，温度为20±2℃。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料及其制备方法，在未添加辅助分散剂的情况下，石墨烯或氧化石墨烯能在碱矿渣水泥中均匀分散，同时，由于矿渣颗粒在水玻璃中溶解后会产生大量的碱土金属二价离子，石墨烯或氧化石墨烯与Ca2+、Mg2+等碱土金属二价离子形成化学交联，从而促进水化产物中类水滑石LDHs(LayeredDoubleHydroxides)相的生成，并促进生成花状LDHs团簇，从而在宏观上表现出石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥材料。该复合材料不仅从力学性能还是抗折强度均得到了显著的提升。具体实施方式下面将对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。对比实施例1制备碱矿渣水泥复合材料(1)取1份矿粉，0.05份水玻璃和3份中砂，均匀混合后获得混合浆料，其中矿粉的比表面积为435m2/kg，密度为2.95g/cm3，碱度系数M0＝1.03，活性系数Mn＝0.45，所用的水玻璃原液的化学组成如下：含水率49.74％、SiO2(w％)含量28.13％、Na2O(w％)含量11.09％、模数2.62、密度1.45g/cm3、波美度44，通过NaOH调节水玻璃中的SiO2和Na2O的摩尔比为1.2：1；(2)将步骤(1)中的混合浆料装入试模中振实、抹平、覆膜，自然养护24h后脱模；再将脱模后的试件放入湿度为95±3％、温度为20±2℃的养护箱中分别养护7d和28d，获得碱矿渣水泥复合材料，对该材料分别进行抗压和抗折性能测试，测得养护7d的复合材料的抗压、抗折强度分别为38.1MPa、5.1MPa，测得养护28d的复合材料的抗压、抗折强度分别为68.9MPa、8.6MPa。实施例1制备石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料(1)将0.0001份石墨烯溶于水中搅拌均匀后制得石墨烯溶液，将所述石墨烯溶液与0.35份拌合水混匀后形成第一混合液，所用的石墨烯片层厚度为0.5-50nm，片层大小为10-200μm；(2)将步骤(1)中的第一混合液与0.05份水玻璃混匀后形成第二混合液，所用的水玻璃原液的化学组成如下：含水率49.74％、SiO2(w％)含量28.13％、Na2O(w％)含量11.09％、模数2.62、密度1.45g/cm3、波美度44，通过NaOH调节水玻璃中的SiO2和Na2O的摩尔比为1.2：1；(3)向步骤(2)中的第二混合液中加入1份矿粉和3份中砂，混合均匀后形成混合浆料，其中矿粉的比表面积为435m2/kg，密度为2.95g/cm3，碱度系数M0＝1.03，活性系数Mn＝0.45；(4)将步骤(3)中的混合浆料装入试模中振实、抹平、覆膜，自然养护24h后脱模；再将脱模后的试件放入湿度为95±3％、温度为20±2℃的养护箱中分别养护7d和28d，制得石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料，对该材料分别进行抗压和抗折性能测试，与对比实施例1中经相同养护时间的复合材料相比，养护7d的复合材料的抗压、抗折强度分别提高67.8％、47.0％，养护28d的复合材料的抗压、抗折强度分别提高21.6％、8.3％。实施例2实施例2与实施例1的区别在于步骤(1)中石墨烯为0.003份，对制得的材料分别进行抗压和抗折性能测试，与对比实施例1中经相同养护时间的复合材料相比，养护7d的复合材料的抗压、抗折强度分别提高77.2％、46.0％，养护28d的复合材料的抗压、抗折强度分别为23.5％、6.9％。实施例3实施例3与实施例1的区别在于步骤(1)中石墨烯为0.004份，对制得的材料分别进行抗压和抗折性能测试，与对比实施例1中本文档来自技高网...

【技术保护点】
石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料，其特征在于，按质量份数计，所述复合材料包括如下组分：石墨烯或氧化石墨烯0.0001‑0.001份，拌合水0.35份，水玻璃0.03‑0.06份，矿粉1份，骨料3份。

【技术特征摘要】
1.石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料，其特征在于，按质量份数计，所述复合材料包括如下组分：石墨烯或氧化石墨烯0.0001-0.001份，拌合水0.35份，水玻璃0.03-0.06份，矿粉1份，骨料3份。2.如权利要求1所述的石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料，其特征在于，按质量份数计，所述复合材料包括如下组分：石墨烯0.0001-0.0005份，拌合水0.35份，水玻璃0.04-0.06份，矿粉1份，骨料3份；或氧化石墨烯0.0002-0.0005份，拌合水0.35份，水玻璃0.04-0.06份，矿粉1份，骨料3份。3.如权利要求1或2所述的石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料，其特征在于，所述石墨烯为水性石墨烯。4.如权利要求1或2所述的石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯中氧含量为10-20wt％。5.如权利要求1或2所述的石墨烯或氧化石墨烯增强碱矿渣水泥复合材料，其特征在于，所述石墨烯或氧化石墨烯的片层厚度为0.5-50nm，片层大小为10-200μm。6.如权利要求1或2所述的石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长辉，黄南菊，余林文，唐德莎，朱效宏，杨凯，谢欢，谭义，沈锐，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50