[发明专利]氧化石墨烯提高碳纤维在水泥砂浆中的分散均匀性的应用

说明书

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种提高碳纤维在水泥砂浆中分散 均匀性的方法。

背景技术

碳纤维水泥基复合材料(CarbonFiberCementComposites，简称CFRC)是在普通 水泥基材料中掺入短切碳纤维而成的一种复合材料。这种材料不但具有优良的力学性能， 而且具有一定的电磁屏蔽效应，其电磁屏蔽效应有望用于军事或医疗建筑。因此，碳纤维在 水泥砂浆中的分散性对CFRC性能的提高有着重要的影响。

目前，提高碳纤维在水泥砂浆中的分散性主要通过恒温水浴分散:具体为将分散 剂制作成溶液后，在水浴锅中保持温度在80℃左右，缓慢加入碳纤维搅拌，纤维分散后冷却 至室温待用，将硅粉、水泥以及其他原料在砂浆搅拌机中搅拌后加入含碳纤维的水溶液。另 外，含有超声波湿法分散：将拌和用水加热至40-60℃，加入分散剂，然后加入短切碳纤维， 继续搅拌，再超声波振荡分散，此时，碳纤维基本均匀分散在水中，将硅粉、水泥以及其它原 料在砂浆搅拌机中搅拌后加入含碳纤维的水溶液。

氧化石墨烯制备简单，表面含有丰富的-OH、-COOH、-O-等官能团，且具有了良好的 分散性、易与无机纳米材料结合及与高分子聚合物的相容性较好等特性。以氧化石墨烯接 枝到碳纤维表面，可以在碳纤维表面形成很好的润滑层，碳纤维之间的更好的发生滑移，避 免了碳纤维在水泥砂浆拌合的过程发生团聚现象。减水剂同时能起到接枝氧化石墨烯的作 用，另一方面可以提高或改善CFRC的各项性能。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明一方面提供了氧化石墨烯作为分散剂用于提 高碳纤维在水泥砂浆中的分散均匀性的应用。

所述应用包括：

步骤一，将碳纤维在硝酸中处理，将硝酸处理后的碳纤维在第一减水剂水溶液中 浸泡合理时间后干燥处理得到预处理后的碳纤维；

步骤二，将氧化石墨烯和预处理后的碳纤维溶解于第二减水剂水溶液中，混匀后 得到分散溶液，所述第二减水剂水溶液为步骤一中用于浸泡碳纤维后的第一减水剂水溶液 的稀释液；

步骤三，将分散溶液加入水泥砂浆中混匀。

所述硝酸质量分数为60％-90％。

所述第一减水剂溶液的质量浓度为70％-80％。

所述第二减水剂溶液的质量浓度为5％-8％。

所述第一减水剂为聚羧酸系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、密胺树脂系减水剂或 脂肪族系减水剂。

所述第一减水剂和第二减水剂的质量和与水泥的质量比为(0.8％-1.2％):1；

所述氧化石墨烯与碳纤维的质量比为(0.1-0.5):1。

与现有的方法相比，本发明具有如下的特点：

(1)本发明借助石墨烯对碳纤维具有较好分散性，同时综合利用减水剂在分散碳 纤维中的作用，提高碳纤维在水泥砂浆中分散均匀性也提高提高了CFRC的各项性能。

(2)本发明对碳纤维在水泥砂浆中分散均匀性提高明显，碳纤维在水泥砂浆中的 团聚现象明显减少，碳纤维水泥基复合材料性能明显提高。综上，本发明方法完全借助科 学、客观的手段来提高碳纤维在水泥砂浆中分散均匀性，结果准确可靠。

附图说明

以下结合附图说明与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的技术路线图；

图2为实施例1中碳纤维掺量在0.2％情况下在水中的分散效果图，(a)、(b)分别是 湿法分散和本发明方法的效果图；

图3为实施例1中使用湿法分散和本发明方法下随着碳纤维量的增加CFRC力学性 能变化图，(a)抗压强度；(b)抗折强度；

图4为实施例2中为水泥胶浆试件中碳纤维的SEM图，(a)、(b)分别是普通湿法和本 发明方法制备的试件中碳纤维的SEM图。

具体实施方式

本发明借助氧化石墨烯对碳纤维的高分散性和减水剂的双重作用，提高碳纤维水 泥基复合材料中碳纤维的分散性。以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步解释说 明。

实施例1：

在不同碳纤维的掺量下，以CFRC7d抗折抗压试验试验，使用该方法分散下来测试 和分析碳纤维在CFRC分散均匀性。