通过碳基纳米材料处理的胶凝复合材料制造技术

由碳基纳米材料和粘合剂形成具有改进的性能如压缩强度和/或拉伸强度的新型复合材料。通常将在溶液中剪切的碳基纳米材料与粘合剂混合然后固化。该复合材料可以具有比单独的粘合剂更好的多个改进的性能，例如较高的压缩强度、拉伸强度、较低的收缩率和改进的粘度。较低的收缩率和改进的粘度。较低的收缩率和改进的粘度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过碳基纳米材料处理的胶凝复合材料
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年10月14日提交的美国临时申请62/914,867的优先权，其内容通过引用并入本文。


[0003]本申请总体上涉及复合材料和使用包括石墨烯和煤基材料的各种形式的添加剂碳制造胶凝复合材料的方法，所述胶凝复合材料具有改进的性能，例如更高的压缩强度、拉伸强度、杨氏模量、耐久性、导热性和/或导电性、更低的收缩率和/或改进的粘度。
[0004]
技术介绍
和
技术实现思路

[0005]混凝土和水泥是世界上用于建造例如建筑物、道路等的最常用的材料之一。需要粘合剂制剂和制造它们的方法，其中胶凝复合材料具有改进的性能。
[0006]有利地，本申请提供了具有改进的性能(例如增加的压缩强度和拉伸强度)的复合材料，其仅用少量的添加剂就可以高效且有效地制造。因此，可以使用由多种碳起始材料制成的碳基纳米材料来成本有效地制造这样的复合材料，所述碳起始材料包括废品如塑料。
[0007]在一个实施方案中，本申请涉及一种胶凝复合材料，其包含占水泥的至少0.01重量％的石墨烯。有利地，该复合材料的特征可以在于(a)压缩强度比不存在石墨烯的复合材料的压缩强度大至少约15％；或(b)拉伸强度比不存在石墨烯的复合材料的拉伸强度大至少约15％；或(c)(a)和(b)两者。
[0008]在一个实施方案中，本申请涉及至少包含水泥、砂、砾石和水的混凝土，并且其中水泥的至少0.01重量％是石墨烯。有利地，该复合材料的特征可以在于(a)压缩强度比不存在石墨烯的混凝土的压缩强度大至少约15％；或(b)拉伸强度比不存在石墨烯的混凝土的拉伸强度大至少约15％；或(c)(a)和(b)两者。
[0009]在另一个实施方案中，本申请涉及一种制造具有提高的性能的复合材料的方法，该方法包括首先(a)将碳基材料分散在水中，和(b)将该处理过的水与水泥或水泥、砂和砾石混合。然后将混合物固化以形成高性能复合材料。
[0010]在另一个实施方案中，本申请涉及一种制造具有提高的强度的复合材料的方法，该方法包括首先(a)使用小于2％的表面活性剂将碳基材料分散在水中，和(b)将该处理过的水与水泥或水泥、砂和砾石混合。然后将混合物固化以形成高强度复合材料。
[0011]在另一个实施方案中，本申请涉及一种制造具有提高的性能的复合材料的方法，该方法包括将碳基材料作为添加剂分散在湿(未固化)水泥中。然后将混合物混合并固化以形成高性能复合材料。
[0012]在另一个实施方案中，本申请涉及一种制造具有提高的性能的混凝土的方法，该方法包括将碳基材料作为添加剂分散在湿(未固化)混凝土砂浆中。然后将混合物混合并固化以形成高性能混凝土。
附图说明
[0013]当结合附图考虑时，通过参考以下具体实施方式，本专利技术的更完整的理解及其许多伴随的优点将是显而易见的，因为本专利技术变得更好理解，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件，其中：
[0014]图1示出了由乱层石墨烯(或闪蒸石墨烯)增强的2”波特兰水泥立方体(I/II型)的7天压缩强度。
[0015]图2示出了由乱层石墨烯增强的2”波特兰水泥立方体(I/II型)的28天压缩强度。
[0016]图3示出了由HDPE制成的乱层石墨烯增强的2”波特兰水泥立方体(I/II型)的7天压缩强度。
[0017]图4示出了由各种原料制成的乱层石墨烯增强的2”波特兰水泥立方体(I/II型)的7天压缩强度。
[0018]图5示出了具有两种不同类型石墨烯的4
”×
8”混凝土圆柱体的28天压缩强度。
[0019]图6示出了代表性的7天结果，显示了包含不同重量％的石墨烯I(由源自热解橡胶轮胎的炭黑获得的乱层石墨烯)的1”立方体OPC复合材料、粉煤灰复合材料和矿渣复合材料的压缩强度增加。
[0020]图7示出了代表性的7天结果，显示了包含不同重量％的石墨烯II(由废塑料衍生的热解灰获得的乱层石墨烯)的1”立方体OPC复合材料、粉煤灰复合材料和矿渣复合材料的压缩强度增加。
[0021]图8示出了代表性的7天结果，显示了包含不同重量％的石墨烯III(由具有5％炭黑作为导电填料的粉碎生橡胶轮胎获得的乱层石墨烯)的1”立方体OPC复合材料、粉煤灰复合材料和矿渣复合材料的压缩强度增加。
[0022]图9示出了代表性的28天结果，显示了包含最佳重量％的石墨烯I(由源自热解橡胶轮胎的炭黑获得的乱层石墨烯)的具有OPC粘合剂、粉煤灰粘合剂或矿渣粘合剂的4”x8”混凝土圆柱体的压缩强度增加。
[0023]图10示出了代表性的28天结果，显示了包含最佳重量％的石墨烯II(由废塑料衍生的热解灰获得的乱层石墨烯)的具有OPC粘合剂、粉煤灰粘合剂或矿渣粘合剂的4”x8”混凝土圆柱体的压缩强度增加。
[0024]图11示出了代表性的28天结果，显示了包含最佳重量％的石墨烯III(由具有5％炭黑作为导电填料的粉碎生橡胶轮胎获得的乱层石墨烯)的具有OPC粘合剂、粉煤灰粘合剂或矿渣粘合剂的4”x8”混凝土圆柱体的压缩强度增加。
[0025]图12示出了代表性的28天结果，表明相对于对照混凝土样品，混凝土样品的压缩强度增加>20％。
[0026]图13示出了碳原料(如煤)向用于增强胶凝复合材料的水溶性石墨烯/石墨结构的直接转化。
[0027]图14(a)
‑
(b)示出了主要由烟煤、图14(a)中的b
‑
煤和图14(b)中的煅烧石油焦增强的2”水泥立方体的7天压缩强度的代表性结果。
[0028]图14(c)
‑
(d)示出了各种混凝土圆柱体在图14(c)中的7天和图14(d)中的28天时的压缩强度。
具体实施方式
[0029]下面参照附图更全面地描述总体专利技术构思，附图中示出了本专利技术的示例性实施方案。如本领域技术人员将认识到的，可以在都不脱离本专利技术的精神或范围的情况下以各种不同的方式修改所描述的实施方案。本专利技术不应被解释为限于这些实施方案。因此，附图和描述本质上被认为是说明性的，以解释本专利技术的方面，而不是限制性的。在整个说明书中，附图中相同的附图标记表示相同的元素，因此不再重复对它们的描述。
[0030]增加强度的复合材料和一般方法
[0031]在一个实施方案中，本申请涉及一种包含水泥和碳基材料的复合材料。本申请的复合材料中使用的水泥的类型不是特别关键，只要其性能如压缩强度和/或拉伸强度能够随着本文教导的碳基材料的添加而增加。所用水泥的类型可以根据水泥的具体用途(例如I型、II型、III型、IV型、V型水泥、铝酸钙基水泥、硫酸钙基水泥、硫铝酸钙基水泥、火山灰基水泥、石灰石煅烧粘土水泥、H级和G级水泥、白水泥、活性废物作为水泥例如碱活化粉煤灰C、粉煤灰F、底灰、锅炉矿渣、粒化高炉矿渣、铝土矿残渣、煤燃烧残渣、热活化粘土或这些的任意组合)、待添加的碳基材料的量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种胶凝复合粘合剂组合物，其包括基于组合物的总重量至少约99重量％的粘合剂；和基于组合物的总重量至少约0.001重量％的碳基纳米材料；其中由所述组合物制成的复合材料的特征在于(a)压缩强度比不使用碳基纳米材料制成的相同复合材料的压缩强度大至少约15％；或(b)拉伸强度比不使用碳基纳米材料制成的相同复合材料的拉伸强度大至少约15％；或(c)(a)和(b)两者。2.如权利要求1所述的胶凝复合粘合剂组合物，其中所述碳基纳米材料包含少于10个层。3.如权利要求1所述的胶凝复合粘合剂组合物，其中所述碳基纳米材料包含多于10个层。4.如权利要求1所述的胶凝复合粘合剂组合物，其中所述碳基纳米材料包括乱层石墨烯。5.如权利要求1所述的胶凝复合粘合剂组合物，其中所述碳基纳米材料包括伯纳尔堆叠石墨烯。6.如权利要求1所述的胶凝复合粘合剂组合物，其中所述碳基纳米材料包括纳米片。7.如权利要求1所述的胶凝复合粘合剂组合物，其中所述碳基纳米材料源自选自无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤或其混合物的煤；炭黑；煅烧石油焦；木炭；或它们的混合物。8.如权利要求1所述的胶凝复合粘合剂组合物，其中所述碳基纳米材料是氧化的。9.如权利要求1所述的胶凝复合粘合剂组合物，其中所述碳基纳米材料是源自以下中的任何一种或其组合的乱层石墨烯：石墨、粪便、选自高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其混合物的塑料、乙烯基聚合物、缩聚物、逐步增长聚合物、链增长聚合物、活性聚合物、橡胶、腐殖酸、碳水化合物、米粉、食物废料、食物、煤、有机废料、有机材料、烟煤、焦炭、次石墨、沥青质、乙炔黑、炭黑、石油焦、油、石油产品、从天然气或油或二氧化碳中脱出非碳原子后的碳、木、纤维素、叶、枝、草、生物质、动物尸体、鱼尸体、蛋白质及其混合物。10.如权利要求1所述的胶凝复合粘合剂组合物，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁兹贝赫，
申请(专利权)人：希克里特技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：