混凝土表面防护的方法及所得表面防护型混凝土技术

本发明专利技术公开了一种混凝土表面防护的方法及所得表面防护型混凝土，防护步骤为：配制氧化石墨烯水性分散液，将该分散液覆到混凝土表面，直至混凝土表面的氧化石墨烯层厚度大于等于10μm，将表面覆有氧化石墨烯层的混凝土进行还原处理，得到疏水性的石墨烯表面防护层。本发明专利技术利用单一氧化石墨烯为原料进行混凝土表面防护，操作简单、成本低、思路新颖，经过表面防护处理的混凝土吸水率大大降低，具有优异的抗侵蚀性，使用寿命更长，为水泥基材料的表面防护工作提供了一种新的研究思路。

Concrete surface protection methods and surface protective concrete

The invention discloses a method for protecting the surface of concrete and a surface protective concrete. The protective steps are: preparing graphene oxide water-borne dispersing liquid, coating the dispersing liquid on the surface of concrete until the thickness of graphene oxide layer on the surface of concrete is greater than or equal to 10 micron, and coating the concrete with graphene oxide layer on the surface. A hydrophobic graphene surface protective layer is obtained by reduction treatment. The invention uses single graphene oxide as raw material for concrete surface protection, which has the advantages of simple operation, low cost and novel ideas. The water absorption rate of the concrete treated by surface protection is greatly reduced, excellent corrosion resistance and long service life. It provides a new research idea for the surface protection of cement-based materials. The road.

【技术实现步骤摘要】
混凝土表面防护的方法及所得表面防护型混凝土
本专利技术涉及一种混凝土表面防护的方法，具体涉及一种简便、成本低、环保的混凝土表面防护的方法及所得的表面防护型混凝土，属于建筑材料防护

技术介绍
混凝土材料是世界上使用最普遍的人造工程材料之一，广泛应用于国防防护、水电工程等基础设施。混凝土材料的耐久性与外界条件息息相关，冻融循环、干湿交替、碱骨料反应等物理化学作用都会影响混凝土材料的使用寿命。一般而言，混凝土性能受环境因素损害的影响是由表及里的过程，直接与外界环境接触的部分劣化快，内部缓慢。因此，提高混凝土材料的表面防护性能，对提高整体结构抗环境影响能力具有显著作用。通常，采用在混凝土表面涂覆有机、无机防护材料的方式来提高混凝土表面的防护性。有机类材料主要有环氧树脂、有机硅等，无机类材料主要有水玻璃等。虽然有机类和无机类材料都能起到较好的表面防护作用，但都具有不可忽视的缺点。例如，有机类材料的耐候性比较差，长时间暴露的情况下易老化脱落；无机类材料对环境条件依赖性高，内含的碱金属离子有加速材料性能劣化的风险。石墨烯是目前发现的最薄最硬的二维纳米材料。近年来，众多水泥科技工作者试图将石墨烯引入到水泥基材料中，利用石墨烯优异的力学、电学及热学性质来改善水泥基材料的相关性能。大多数的研究是通过高速搅拌等分散方法将石墨烯内掺于水泥基材料中，进而研究其对水泥性能的影响规律，研究热点集中在将石墨烯分散于水泥基体中而带来的性能变化。此外，还有研究将石墨烯内掺于环氧树脂等涂料基体中，再将石墨烯改性的涂料应用于金属、混凝土等材料的表面进行防护，但此法繁琐且涂料基体对环境有一定的污染作用。目前，未见石墨烯在水泥基材料中的其他应用方式。
技术实现思路
鉴于现有混凝土表面防护技术存在的种种不足，本专利技术提供了一种混凝土表面防护的方法，该方法操作简单、原料少、成本低，所得防护层吸水率低，耐候性强、抗侵蚀性能好、受环境影响小。本专利技术利用水泥水化溶出的钙离子与氧化石墨烯中的羧基发生络合作用的机理，将氧化石墨烯固定在混凝土表面，进而通过还原的方法将亲水性的氧化石墨烯还原为疏水性的石墨烯，起到表面防护作用。石墨烯由一层碳原子组成，具有优良的化学稳定性及耐腐蚀性。石墨烯的片层结构可以层层叠加、交错排列，在混凝土表面形成致密的屏蔽层，能够有效抑制腐蚀介质的浸润、渗透和扩散，提高混凝土表面对有害介质的防护性能。本专利技术利用石墨烯优异的阻隔性能，仅通过单一石墨烯即可实现混凝土表面的防护，对于延长混凝土的使用寿命、节约砂石等自然资源具有重大的意义。本专利技术方案简单、高效，具有很好的推广应用价值，前景广阔。目前未见此类技术公开，具有首创性。本专利技术具体技术方案如下：一种混凝土表面防护的方法，该方法包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯分散到水中，充分分散均匀，得氧化石墨烯水性分散液；（2）将氧化石墨烯水性分散液采用浸泡或者涂覆的方式覆到混凝土表面，直至混凝土表面的氧化石墨烯层厚度大于等于10μm；（3）将表面覆有氧化石墨烯层的混凝土进行还原处理，除去氧化石墨烯中的大部分亲水性基团，得到疏水性的石墨烯表面防护层。本专利技术方便简单、便捷，可以适合各种类型的混凝土。所述混凝土可以是预制混凝土，也可以是现浇混凝土。所述预制混凝土是指在别处浇制成型而非在最后的施工现场浇制成型的混凝土结构，所述现浇混凝土是指在施工现场浇制成型的混凝土结构。混凝土可以是各种形状、用于各种领域的混凝土结构，例如房屋、外墙、公路、桥梁、水坝等等。进一步的，所述混凝土是已经达到终凝时间的混凝土结构，只要混凝土失去塑性且具有一定的机械强度就可以进行表面防护。进一步的，本专利技术所用的氧化石墨烯片径为0.5-6μm，含氧率为25-50%，层数为1-10层。进一步的，步骤（1）中，优选采用超声的方式对氧化石墨烯进行分散。超声分散时，功率为300-1200W，频率为40-100KHz。一般的，超声5-240min即可分散均匀。进一步的，步骤（2）中，可以采用浸泡或者涂覆的方式将氧化石墨烯水性分散液覆到混凝土表面，涂覆的方式可以为喷涂、涂刷或印刷。当混凝土面积小且可以挪动时，可以采用浸泡或涂覆中的任意一种方式，当混凝土已经使用无法挪动时，仅能采用涂覆的方式。经试验验证，随着浸泡或涂覆时间的增加，混凝土表面的氧化石墨烯层厚度增加，混凝土表面吸水率有降低的趋势，即防护性能增加。当厚度小于10μm时，防护效果低，当厚度大于等于10μm时，防护效果满足要求。优选的，当厚度大于等于20μm时防护效果更佳。涂覆时，氧化石墨烯水性分散液的浓度不能太低，太低花费时间过长，无法实现石墨烯的有效附着，也不能太高，太高氧化石墨烯分散性差，容易造成涂层不均匀。一般的，氧化石墨烯水性分散液中氧化石墨烯的浓度为0.01-0.5mg/mL较佳。在此浓度下，一般在1h以内即可实现大于等于10μm的氧化石墨烯层厚度，优选在20min以内即可实现。进一步的，步骤（3）中，将覆有氧化石墨烯层的混凝土进行还原处理，以除去氧化石墨烯中的大部分羧基、羟基等亲水性基团，使氧化石墨烯变为石墨烯，呈疏水状态，起到防护作用。还原处理可以采用热还原处理，也可以采用化学还原处理或红外灯照射等方式。热还原是将表面覆有氧化石墨烯层的混凝土在40-105℃下进行处理，优选在40-60℃下进行处理，处理时间一般为1-24h，优选为2-6h。化学还原是将表面覆有氧化石墨烯层的混凝土用化学试剂进行处理，化学试剂可以是维生素C等，具体操作方式可以参考现有技术。考虑操作简便性以及对混凝土的保护，优选采用热还原处理。采用上述方法可以得到表面防护型混凝土，该表面防护性混凝土也在本专利技术保护范围之内。该表面覆有石墨烯层的混凝土结构特征是：由混凝土基体和位于其表面的疏水性石墨烯表面防护层组成，所述疏水性石墨烯表面防护层按照上述混凝土表面防护的方法制得。所述混凝土即为采用现有技术制备的各种预制混凝土或者现浇混凝土。进一步的，所述表面防护型混凝土中，所述疏水性石墨烯表面防护层位于混凝土基体的至少一个面上。本专利技术利用单一氧化石墨烯为原料进行混凝土表面防护，混凝土中因为水泥水化作用钙离子会在混凝土表面溶出，而氧化石墨烯在水中会与钙离子发生络合絮凝反应，从而将氧化石墨烯牢固的固定在混凝土表面，解决了防护层的附着问题。进而通过还原处理将氧化石墨烯中的亲水性官能团去除，使亲水性的氧化石墨烯变为疏水性的石墨烯，有效提高了混凝土材料表面对侵蚀介质的防护性。经本专利技术处理后，混凝土吸水率大大降低，大大提高了混凝土表面对侵蚀介质的抵抗能力，且石墨烯防护层与混凝土结合牢固，不易老化脱落，防护层中也没有碱金属离子，不会破坏混凝土结构，同时克服了现有无机和有机防护材料存在的耐候性差、受环境影响大的弊端。本专利技术操作简单、成本低、思路新颖，经过表面防护处理的混凝土具有优异的抗侵蚀性，使用寿命更长，为水泥基材料的表面防护工作提供了一种新的研究思路。具体实施方式为了更好的理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合具体的实例进一步说明本专利技术，但本专利技术的
技术实现思路
并不仅仅局限于下面的实施方式。实施例1按照常规方法配制混凝土原料，浇注成立方块混凝土试件（150*150*150mm），将该试件常规养护28天，强度标准为C40。取片径为2-4μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土表面防护的方法，其特征是包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯分散到水中，充分分散均匀，得氧化石墨烯水性分散液；（2）将氧化石墨烯水性分散液采用浸泡或者涂覆的方式覆到混凝土表面，直至混凝土表面的氧化石墨烯层厚度大于等于10μm；（3）将表面覆有氧化石墨烯层的混凝土进行还原处理，除去氧化石墨烯中的大部分亲水性基团，得到疏水性的石墨烯表面防护层。

【技术特征摘要】
1.一种混凝土表面防护的方法，其特征是包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯分散到水中，充分分散均匀，得氧化石墨烯水性分散液；（2）将氧化石墨烯水性分散液采用浸泡或者涂覆的方式覆到混凝土表面，直至混凝土表面的氧化石墨烯层厚度大于等于10μm；（3）将表面覆有氧化石墨烯层的混凝土进行还原处理，除去氧化石墨烯中的大部分亲水性基团，得到疏水性的石墨烯表面防护层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述混凝土为预制混凝土或现浇混凝土，所述现浇混凝土为在施工现场浇制成型的混凝土结构，所述预制混凝土是指在别处浇制成型而非在最后的施工现场浇制成型的混凝土结构。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：所述氧化石墨烯的片径为0.5-6μm，含氧率为25-50%，层数为1-10层。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征是：步骤（1）中，采用超声分散的方式对氧化石墨烯进行分散，使其均匀分散到水中。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶正茂，景国建，冯浩然，程新，王树贤，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37