[发明专利]一种硫氧镁水泥基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硫氧镁水泥基复合材料及其制备方法，该复合材料包括石墨烯、纳米材料分散剂、消泡剂、微粉硅胶、淀粉、硫酸镁溶液及轻烧MgO粉；其制法为将石墨烯、纳米材料分散剂、微粉硅胶及淀粉混匀，加入硫酸镁溶液中，分散，制得混合液，随后将该混合液、消泡剂及轻烧MgO粉混合搅匀后，倒入模具成型12～36h后脱模，进行养护即可。本发明的显著优点为该硫氧镁水泥基复合材料具有高抗拉强度，其相比于传统的未添加石墨烯的硫氧镁水泥材料，抗拉强度提高了68～144.9％，具有优越的耐久性及可靠性；同时，其制备方法简单，过程易控制，成本低，节能环保。

技术领域

本发明属于水泥材料领域，尤其涉及一种硫氧镁水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

硫氧镁水泥是由活性MgO和一定浓度的MgSO₄溶液配制形成的一种MgO-MgSO₄-H₂O三元胶凝体系，具有凝结硬化快、早期强度高、粘结性好、不需要湿养护、导热性低、耐火性高、耐磨性好及耐腐蚀性优异等特点，且生产能耗低，制备工艺简单，可广泛应用于生产建筑轻质保温墙板、耐火材料、装饰装修材料及油井堵漏等工程。但改性前硫氧镁水泥抗拉强度较低，实际应用中易出现受力不均，导致结构耐久性降低，严重限制了其应用。随着对硫氧镁水泥研究的深入，硫氧镁水泥掺入柠檬酸会生成一种新的5Mg(OH)₂·MgSO₄·7H₂O结晶相(517相)，其物理力学性能得以提高。而粉煤灰颗粒的填充作用能使硫氧镁水泥浆体更加密实，从而提高其抗压强度。但目前对改善硫氧镁水泥抗折强度的研究还并不广泛。

石墨烯是由碳六元环组成的蜂窝状点阵结构，其独特的二维晶格结构使其具有优异的力学、电学、光学性质。因此可以作为理想的增强材料，赋予复合材料更优异的性能，扩展复合材料的应用领域。石墨烯具有优异的机械性能、良好的柔韧性和巨大的比表面积，使得它与硫氧镁水泥进行良好复合可以实现两种材料的优势互补或加强，能够大幅度提高硫氧镁水泥基材料的抗拉强度，改善耐久性和可靠性，赋予其新性能，使其在工程材料中具有强大的发展力。但由于石墨烯表面能低，与水泥之间界面作用弱，分散效果差。因此，现亟需一种能够有效提高石墨烯在水泥中的分散作用，制备出具有高抗拉强度的硫氧镁水泥复合材料。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种具有高抗拉强度的硫氧镁水泥基复合材料；本发明的第二目的是提供该复合材料的制备方法。

技术方案：本发明的硫氧镁水泥基复合材料，包括如下原料：石墨烯、纳米材料分散剂、消泡剂、微粉硅胶、淀粉、硫酸镁溶液及轻烧MgO粉；其中，所述石墨烯占轻烧MgO粉质量的0.02～2.0％，石墨烯、纳米材料分散剂、消泡剂、微粉硅胶及淀粉的质量比为1:(0.005～0.05):(0.002～0.01):(0.003～0.03):(0.02～0.3)。

本发明通过在原料中添加微粉硅胶、淀粉及纳米材料分散剂，从而使得微粉硅胶、淀粉与纳米材料分散剂协同作用，提高石墨烯在水泥中的均匀分散力，使得石墨烯完全掺入到硫氧镁水泥中，提高与水泥界面的作用力。优选的，石墨烯、纳米材料分散剂、消泡剂、微粉硅胶及淀粉的质量比可为1:(0.01～0.03):(0.005～0.008):(0.007～0.01):(0.06～0.2)，在该含量范围内能够使得石墨烯、纳米材料分散剂、微粉硅胶及淀粉更优地相溶，从而提高石墨烯在水泥中的分散力。

进一步说，本发明采用的石墨烯的厚度为2.0～4.0nm，比表面积为360～450m²/g，采用该厚度范围及比表面积范围能够使得石墨烯更好地分散于水泥中。

再进一步说，消泡剂可包括磷酸三丁酯或二甲基硅油。纳米材料分散剂可包括十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠或聚乙烯吡咯烷酮。硫酸镁溶液的质量百分浓度可为0.28～0.33。轻烧MgO粉与硫酸镁的摩尔比可为7～9:1。

本发明制备硫氧镁水泥基复合材料的方法，包括如下步骤：