[发明专利]一种石墨烯水泥基灌浆材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥基灌浆材料，具体来说是一种含有石墨烯的水泥基灌浆材料。

背景技术

水泥基灌浆材料是由水泥、骨料、外加剂和矿物掺合料等原材料组成，在工厂内按比例计量并混合而成，运到施工地点后按推荐的比例加水或配套液体组分，搅拌均匀后进行施工。水泥基灌浆料主要用于设备基础的二次灌浆、地脚螺栓锚固、混凝土结构加固等，从20世纪90年代开始在我国大范围使用，目前执行的标准是GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》。

水泥基灌浆材料的抗压强度和耐久性都高于普通的混凝土，因此在大部分的使用环境下，水泥基灌浆料的使用寿命都可以和混凝土结构一样，达到或者超过50年。但是在实际的工程中，也出现了一些水泥基灌浆料过早破坏的案例，比如石化行业的压缩机基础、水泥行业的球磨机基础、风电行业的风力发电机基础等部位，这些部位有一个共同的特点，就是设备运行时一直处于高频震动中，设备下方起到承载作用的灌浆材料受到设备震动能的不停冲击，内部出现了一些微细裂纹，随着震动次数不断提高，微细裂纹不断累积，最终出现了大的裂纹使得灌浆材料破坏，如果发现不及时，很有可能导致高速运行的设备出现失稳并损毁，造成重大的安全事故和经济损失。

在设备基础的二次灌浆工程中，水泥基灌浆材料灌入了设备底板的下方，硬化后对设备起到支撑作用，但是因为灌浆材料被设备底板完全阻挡，施工以及使用过程中，检验人员无法进行有效的观察和测量，灌浆材料即使已经出现了问题，也很难被提前发现。目前还没有可行的方法对设备下方的灌浆材料进行检测，并提前判断灌浆材料的使用情况。

发明内容

针对现有灌浆材料的不足，本发明提供了一种含有片状石墨烯的水泥基灌浆材料，它可以通过电阻率的测量，间接反映出材料内部的微细裂纹情况，从而判断出灌浆材料是否处于正常状态。

水泥基灌浆料是一种高强的水泥基材料，水胶比较低，其内部的毛细孔径一般分布在10～50nm的范围内，在受到外力作用时，尤其是不断重复的高频振动荷载时，灌浆料会从内部的毛细孔开始逐步破坏。普通的水泥基灌浆料硬化后是不良导体，电阻率较高，且测量时的波动很大，没有实际应用价值。有一些文献记载，在灌浆料中掺入碳纤维、钢纤维等导电纤维材料时，可以降低灌浆料的电阻率，但是由于碳纤维、钢纤维长度和直径，都远远超过了灌浆料内部毛细孔的直径，这些纤维材料横跨了灌浆料内部的毛细孔，使得毛细孔出现扩大时，灌浆料的电阻率也没有明显的变化。

本发明是将一些特定厚度的片层石墨烯材料掺入水泥基灌浆料中，使得灌浆料的内部微细裂纹情况可以被快速测量出来。不同厚度的片层石墨烯材料，填充在灌浆料内部的毛细孔中，当灌浆料受到外力作用时，毛细孔的孔径扩张，并且沿着毛细孔出现微细裂纹，此时部分石墨烯与基体材料出现分离，灌浆料的电阻率会增大，并且微细裂纹数量越多、宽度越大，灌浆料的电阻率也就越大。这样，通过电阻率的测量，就能很好的反应出灌浆料内部的微细裂纹情况，从而能够提前判断出灌浆料是否受损以及受损程度。

本发明提供的石墨烯水泥基灌浆材料，是由水泥、矿物掺合料、骨料、超细粉、减水剂、消泡剂、膨胀剂、减缩剂、流变剂、石墨烯组成，其各组分按重量份数的含量为：

水泥：100份

矿物掺合料：0-40份

骨料：50-150份

超细粉：2-10份

减水剂：0.2-0.5份

消泡剂：0.05-0.2份

膨胀剂：5-10份

减缩剂：0.5-5份

流变剂：0.1-0.5份

石墨烯：0.1-10份

在上述配比中，水泥可以是硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥中的单独一种，也可以是这两种水泥按不同比例进行复配的混合物；矿物掺合料可以是粉煤灰、矿粉、硅灰这三种材料中的单独一种或三者以任意比例复配；骨料为各种粒径的砂和石子；超细粉为细度为600-1000目的石英粉、重钙粉或其它无机粉体材料；减水剂是粉末状聚羧酸系高效减水剂；消泡剂为干粉砂浆用粉末消泡剂；膨胀剂为水泥混凝土用膨胀剂；减缩剂为乙二醇醚、丙二醇醚或聚氧乙烯醚类化合物；流变剂为改性膨润土或硅酸镁铝；石墨烯为多层片状石墨烯，垂直方向厚度1-50nm，水平方向长度和宽度0.01-500μm。