[发明专利]一种石墨烯键合改性硅灰的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯键合改性硅灰的制备方法，属于水泥混凝土掺合剂领域。

背景技术

随着现代科学技术和生产的发展，特别是“高性能混凝土”这一概念的提出，混凝土的使用更加注重混凝土耐久性、工作性以及在严酷使用环境中适应性。硅灰由于具有亚微米球状尺寸，在高性能混凝土中具有填充毛细孔，提高混凝土致密性的作用；同时，硅灰在水泥浆体中具有滚珠效应，提高水和骨料、水泥颗粒之间的流动性等。2012年中国建材联合会混凝土外加剂分会第十三次会员代表大会公开了硅灰的特性与其在水泥基材料中的特殊功效，硅灰具有降低粘度，提高屈服值，提高混凝土拌合物稳定性，降低对原材料变异和配料误差的敏感性，同时兼有提高粘聚性，减少泌水、助泵，提高抗渗性、强度和耐久性的功能；低掺量(5％以下)有物理减少作用等优点。但是未经处理的硅灰由于颗粒的平均粒径在微米级，比表面积非常大，易于粘连和团聚，导致混凝土太粘，而难施工。然而，由于硅灰主要成分为活性较低的二氧化硅，国内功能化硅灰的研究基本是空白，导致国产硅灰产品单一，而复配产品往往不稳定，有时甚至达不到预计的效果。因此，实现硅灰功能化设计、多元化的生产，对硅灰的推广具有重要的意义。

国内目前还没有人提出在硅烷偶联剂KH550的作用下使羧基化氧化石墨烯和硅灰通过化学反应键合的微观改性思路，在国内工业生产中也还没有人提出。国内分别针对硅灰和石墨烯各自在混凝土的宏观改性提出了少量专利，而没将两者通过化学键合成一种材料，从而实现两者在水泥混凝土材料中的功能化的统一。

中国专利CN103193405A介绍了一种硅灰浆体材料，该原料配方含有硅灰、水、缓凝剂及酸化剂。本发明以硅灰为原料，制备出环保、高效的硅灰砂浆体材料并应用于混凝土的制备中。该方法所得到的硅灰浆体可以提高硅灰在混凝土中的分散效率，可以提高混凝土的强度、抗渗性以及抗化学腐蚀性。但是硅灰浆体会使塑性收缩裂缝敏感性增加，混凝土容易开裂，性能不好。

中国专利CN104058676A介绍了一种高韧性混凝土及其制备方法，所述高韧性混凝土配方为：改性石墨烯0.2-0.5kg/m³，水150-175kg/m³，水泥395-415kg/m³，粉煤灰45-60kg/m³，矿渣粉20-35kg/m³，碎石1000-1100kg/m³，细集料600-700kg/m³，减水剂4.5-7kg/m³；所述改性石墨烯为表面带有羟基的水溶性石墨烯，其中羟基含量为0.005％-0.012％。利用此改性石墨烯制备高韧性混凝土时，可先将改性石墨烯溶解于水形成石墨烯水溶液，然后再与其他的混凝土制备材料混合均匀，标养后得到新型高韧性混凝土在直接拉伸荷载或弯曲荷载作用下都能展示出显著的应变硬化或变形硬化特征，可用于高铁高架桥、大跨度跨海和跨江大桥的桥面，以及地铁等各类型隧道拱墙等领域。但是此改性石墨烯的制备过程复杂，分散程度不高，使混凝土的性能不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种石墨烯键合改性硅灰的制备方法，在硅烷偶联剂KH550功能化改性作用下使羧基化石墨烯和经表面羟基化处理硅灰界面化学键合连接，并在水泥混凝土中应用。

发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯键合改性硅灰的制备方法，包括有以下步骤：

1)采用羧基化石墨烯与硅烷偶联剂KH550溶液在催化剂作用下反应，从而得到偶联改性的石墨烯；

2)再将其与硅烷偶联剂KH550溶液反应，得到含有偶联改性的石墨烯的KH550溶胶；

3)再与表面羟基化改性的硅灰进行反应，即可制备出石墨烯键合改性硅灰。

按上述方案，所述的羧基化石墨烯与硅烷偶联剂KH550溶液反应是将羧基化石墨烯5～15mg和催化剂二环己基碳二亚胺DCC或硼化物催化剂2～5mg加入到10～15ml硅烷偶联剂KH550溶液中，超声波分散1～1.5h，在搅拌分散作用下，pH为6～8，温度在65～80℃条件下反应24～36h，再离心，冲洗和干燥，即得到偶联改性的石墨烯。

按上述方案，步骤1)所述的硅烷偶联剂KH550溶液中含有硅烷偶联剂KH55018.3～21.5％，乙醇70.5～73.5％，水6.2～9.5％。