含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料及其制备方法，注浆材料包括下述组份：硫铝酸盐水泥70～85份、粉煤灰10～20份、悬浮剂5～10份，减水剂0.75～1.25份，早强剂0.02～0.05份，消泡剂0.2～0.8份，缓凝剂1.0～2.5份，氧化石墨烯0.05～0.2份，水50～60份；水泥基注浆材料的制备方法，包括：1、氧化石墨烯的制备；2、原材料球磨处理；3、水泥基注浆材料的制备；本发明专利技术中的水泥基注浆材料通过添加氧化石墨烯，能够有效减少硫铝酸盐水泥基注浆材料水化早期水化微结构内部缺陷的产生，从而提高了水泥基注浆材料的早期强度，增强了结石体抗渗性能和耐久性能。

Graphene oxide-containing cement-based grouting material with high early strength and impermeability and its preparation method

The invention provides a cement-based grouting material with graphene oxide and its preparation method. The grouting material comprises the following components: sulphoaluminate cement 70-85 phr, fly ash 10-20 phr, suspension agent 5-10 phr, water reducer 0.75-1.25 phr, early strength agent 0.02-0.05 phr, defoamer 0.2-0.8 phr, retarder 1.0-2.5 phr, graphene oxide 0.05-0.2 phr, water 50-60 phr. The preparation methods of cement-based grouting materials include: 1. preparation of graphene oxide; 2. ball milling of raw materials; 3. preparation of cement-based grouting materials; the cement-based grouting materials in the present invention can effectively reduce the internal defects of hydration microstructures of sulphoaluminate cement-based grouting materials at early hydration stage by adding graphene oxide, thereby improving the cement-based grouting materials. The early strength of the material enhances the impermeability and durability of the stone body.

【技术实现步骤摘要】
含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料及其制备方法
本专利技术属于注浆材料
，具体涉及含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料及其制备方法。
技术介绍
目前，常用的注浆材料主要包括化学类注浆材料和水泥类注浆材料，相比于化学类注浆材料，水泥类注浆材料具有原材料来源广、廉价、无毒、耐腐蚀、结石体强度高、耐久性好等优点，因而被广泛应用于各类注浆工程领域。硫铝酸盐水泥因其矿物的水化反应快而显著具有凝结时间短、强度发展快、结石体微膨胀等特征，常被用于制备早强型注浆材料，以满足一些特殊注浆工程的需求，例如快速修补、快速加固、堵水等。然而，为了保证浆液的施工性和可注性，往往需要较大的水灰比以保证水泥浆体较好的流动性，这势必会显著降低硫铝酸盐水泥基注浆材料的早期强度。通过添加传统早强剂的方法在一定程度上能够促进早期生成更多的水化产物进而提高硫铝酸盐水泥基注浆材料早期强度，但这些传统早强剂通过加速矿物水化的作用机制也相应的造成了早期水化微结构中形成了过多的缺陷。这势必对水泥基材料注浆结石体的早期强度和抗渗性能均产生较大负面影响。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料及其制备方法，通过一定的制备工艺添加氧化石墨烯，有效调控硫铝酸盐水泥基注浆材料早期水化微结构，减少其内部结构缺陷，从而有利于提高水泥基注浆材料的早期强度，增强结石体抗渗性能和耐久性能。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，以重量份数计，所述水泥基注浆材料包括下述组份：硫铝酸盐水泥70～85份、粉煤灰10～20份、悬浮剂5～10份，减水剂0.75～1.25份，早强剂0.02～0.05份，消泡剂0.2～0.8份，缓凝剂1.0～2.5份，氧化石墨烯0.05～0.2份，水50～60份。在如上所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，优选，所述硫铝酸盐水泥为快硬型硫铝酸盐水泥；优选地，硫铝酸盐水泥中硫铝酸钙矿物含量不低于60wt％。在如上所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，优选，所述悬浮剂为钠基膨润土。在如上所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，优选，所述减水剂为聚羧酸减水剂。在如上所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，优选，所述早强剂为碳酸锂。在如上所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，优选，所述消泡剂为聚醚消泡剂。在如上所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，优选，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠。一种含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料的制备方法，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯的制备采用Hummers法制备氧化石墨烯；S2、原材料处理将硫铝酸盐水泥、粉煤灰按照配比称量加入到球磨机内，再加入悬浮剂，共同粉磨至95％的颗粒粒径不大于35um，得到磨细干料；S3、水泥基注浆材料的制备s31、将减水剂溶于水中，随后加入步骤S1中制备的氧化石墨烯，通过快速搅拌和超声分散使得石墨烯充分分散，得到混合溶液；s32、将早强剂、消泡剂和缓凝剂溶解于混合溶液中，搅拌均匀得到拌合液；s33、将步骤S2中处理过的磨细干料加入至拌合液内，搅拌均匀后即得到高早强抗渗水泥基注浆材料浆体。在如上所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料的制备方法，优选，步骤S1中所述氧化石墨烯的制备方法包括如下步骤：s11、向容器中加入2～4g石墨、60～80ml浓硫酸和1～3g硝酸钠，在冰浴中冷却至0～5℃，搅拌条件下缓慢加入10～20g高锰酸钾(分次缓慢加入))，控制该过程中反应液温度在0～15℃反应2～4h；s12、将容器置于30～40℃恒温水浴中，继续搅拌0.5～1h；然后在搅拌条件下缓慢加入50ml去离子水，使反应液温度达到98℃～100℃，达到温度后继续搅拌15～60min，反应结束，得到混合液；s13、最后用100～200ml去离子水将步骤s12中得到的混合液稀释，然后加入15～25ml过氧化氢水溶液，洗涤、过滤后得到氧化石墨烯。在如上所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料的制备方法，优选，步骤s31中的搅拌速率为150～200r/min，超声功率为0.3～0.5W/cm；优选地，步骤s11中高锰酸钾加入时需要在30min内分次缓慢加入。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有如下优异效果：本专利技术旨在利用氧化石墨烯二维纳米材料高韧性、高抗拉伸破坏强度以及纳米晶种效应解决硫铝酸盐水泥基注浆材料现存的技术问题，其优势主要体现在：1)硫铝酸盐水泥基注浆材料浆液的碱度低，有利于氧化石墨烯在其浆体中充分分散，进而充分发挥氧化石墨烯的成核效应，促进硫铝酸盐水泥基注浆材料早期强度进一步提高；2)氧化石墨烯表面承载的有机官能团能够充当水化产物成核位点的作用，进而发挥模板作用有效调控水化微结构；3)氧化石墨烯因其较高的拉伸强度，能够充当“纤维”的裂纹桥联作用，进而有效抵消水化后期硫铝酸盐水泥基注浆材料结石体生成的钙矾石产生的膨胀力，从而防止内部微裂纹的产生，进一步增强结石体抗渗性能和耐久性能。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本专利技术提供的一种高早强抗渗硫铝酸盐水泥基注浆材料，由于注浆材料中添加了氧化石墨烯，氧化石墨烯具备二维纳米材料的高韧性、高抗拉伸强度及其纳米晶种效应使得制备的硫铝酸盐水泥基注浆材料具有较高的早期强度，氧化石墨烯调控水化微结构以及裂纹桥联效应，可以显著提高结石体的抗渗性能和耐久性；本专利技术中的硫铝酸盐水泥基注浆材料制备方法，主要分为三个主要步骤，首先是氧化石墨烯的制备，然后是将干料原材料进行球磨，并加入悬浮剂共同球磨，球磨至一定程度后，再进行浆料的制备，本专利技术的高早强抗渗硫铝酸盐水泥基注浆材料制备方法简单，操作方便，且能够大幅度提高水泥基注浆材料的早期强度，提高结石体的抗渗和耐久性能。本专利技术提供的一种高早强抗渗水泥基注浆材料，以重量份数计，水泥基注浆材料包括下述组份：硫铝酸盐水泥70～85份(比如71份、72份、73份、74份、75份、76份、77份、78份、79份、80份、81份、82份、83份)、粉煤灰10～20份(比如11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份)、悬浮剂5～10份(比如6份、7份、8份、9份、10份)，减水剂0.75～1.25份(比如0.8份、0.85份、0.9份、0.95份、1份、1.05份、1.1份、1.15份、1.2份)，早强剂0.02～0.05份(比如0.03份、0.04份、0.05份)，消泡剂0.2～0.8份(比如0.3份、0.35份、0.4份、0.45份、0.5份、0.55份、0.6份、0.65份、0.7份、0.75份)，缓凝剂1.0～2.5份(比如1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2份、2.1份、2.2份、2.3份、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，其特征在于，以重量份数计，所述水泥基注浆材料包括下述组份：硫铝酸盐水泥70～85份、粉煤灰10～20份、悬浮剂5～10份，减水剂0.75～1.25份，早强剂0.02～0.05份，消泡剂0.2～0.8份，缓凝剂1.0～2.5份，氧化石墨烯0.05～0.2份，水50～60份。

【技术特征摘要】
1.一种含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，其特征在于，以重量份数计，所述水泥基注浆材料包括下述组份：硫铝酸盐水泥70～85份、粉煤灰10～20份、悬浮剂5～10份，减水剂0.75～1.25份，早强剂0.02～0.05份，消泡剂0.2～0.8份，缓凝剂1.0～2.5份，氧化石墨烯0.05～0.2份，水50～60份。2.如权利要求1所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥为快硬型硫铝酸盐水泥；优选地，硫铝酸盐水泥中硫铝酸钙矿物含量不低于60wt％。3.如权利要求1所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，其特征在于，所述悬浮剂为钠基膨润土。4.如权利要求1所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。5.如权利要求1所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，其特征在于，所述早强剂为碳酸锂。6.如权利要求1所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，其特征在于，所述消泡剂为聚醚消泡剂。7.如权利要求1所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料，其特征在于，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠。8.一种如权利要求1～7任一项所述的含氧化石墨烯的高早强抗渗水泥基注浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯的制备采用Hummers法制备氧化石墨烯；S2、原材料处理将硫铝酸盐水泥、粉煤灰按照配比称量加入到球磨机内，再加入悬浮剂，共同粉磨至95...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建武，汪潇，杨留栓，李志新，张小婷，李青霄，徐卓越，金彪，王继娜，丁凌凌，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：河南,41