[发明专利]一种抗氯离子渗透的石墨烯混凝土复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种抗氯离子渗透的石墨烯混凝土复合材料及其制备方法。所述的抗氯离子渗透的石墨烯混凝土复合材料由以下质量份的组分构成：水泥，6‑20份；粉煤灰，1‑10份；砂子，12‑33份；骨料，25‑50份；含有石墨烯及减水剂的溶液，3‑8份，上述组分的总和为100份。其中含有石墨烯及减水剂的溶液由石墨加入含有减水剂的水和乙醇的混合溶液中经超声处理得到，其中石墨烯所占的质量百分数为0.5%‑10%。研究表明，本发明制备的抗氯离子渗透的石墨烯混凝土复合材料的力学性能、抗氯离子渗透性能有明显的提升，对于发展高性能和高功能化的水泥混凝土材料具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种混凝土复合材料，具体涉及一种抗氯离子渗透的石墨烯混凝土复合材料及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土是目前建筑施工中最为廉价、应用最为广泛的建筑材料。然而，随着我国不断兴建高层、超高层建筑，修建跨海、跨河大桥以及海底隧道等工程，传统的混凝土材料暴露出越来越多的问题，如抗拉强度低、韧性差、渗透性差等缺陷。如果混凝土自身缺陷得不到全面认识和妥善解决，将会制约其在各个领域的应用。

影响混凝土结构耐久性的环境因素中，最普通、最严重的原因是氯化物侵蚀引起的锈蚀。在我国东部沿海与西部盐碱地区，由于氯离子侵蚀导致的混凝土破坏使得维修成本逐年增高，造成了巨大的经济损失。在我国北部地区，冬季为保证交通顺畅而经常使用的氯离子除冰盐业给路面和桥面造成了严重的破坏。目前研究表明添加一些纳米材料可以提升混凝土的致密性从而降低氯离子渗透率提高耐久性。

石墨烯是由碳原子紧密堆积成的二维蜂巢六角结构，并且各个碳原子均为SP2杂化，碳原子之间连接柔韧性好，当受到外力时，碳原子面变形弯曲，但碳原子的位置不会发生重新排列，这就保持了其结构的稳定性。由于石墨烯的这种晶格使其具有良好的柔韧性和附着力等性能。石墨烯中每个碳原子与其它3个相邻的碳原子形成共价键，剩余1个p轨道电子形成π键，π电子可以自由移动，是一种典型的二维材料。石墨烯具有优异的力学、电学、热学性能，使其成为增强水泥混凝土性能的重要材料。凭借其在水泥基体中的体积效应、表面效应、填充效应，石墨烯在改善水泥基材料的抗拉强度、韧性、渗透性以及耐久性等方面展现出良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗氯离子渗透的石墨烯混凝土复合材料及其制备方法，利用石墨烯材料特殊的结构和独特的性质，其在水泥基体中发挥体积效应、表面效应、填充效应。石墨烯的存在可以使得水泥混凝土水化后形成更加规整致密的结构，从而降低氯离子、水等的渗透性，同时提高抗拉强度、韧性、硬度等力学性能。

为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案为：

一种抗氯离子渗透的石墨烯混凝土复合材料由以下质量份的组分构成：水泥，6-20份；粉煤灰，1-10份；砂子，12-33份；骨料，25-50份；含有石墨烯及减水剂的溶液，3-8份。

其中，

石墨烯为单层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯的混合物，其质量为含有石墨烯及减水剂的溶液总质量的0.5%-10%，减水剂为聚羧酸高效减水剂，相对固含量为30-40%，减水率不小于15%，减水剂与石墨烯的质量比为10:1-3:1，溶液中所用溶剂为水和95%的乙醇的混合溶液，水与95%的乙醇的体积比为2:1-1:1。水泥为普通硅酸盐水泥，砂子为中砂，骨料为连续级配的碎石，粒径不大于20mm。含有石墨烯及减水剂的溶液的制备方法包括以下步骤：

1）量取一定体积的水和95%的乙醇，称取一定质量的减水剂及膨胀石墨；

2）将步骤1）中的原料混合到一起，采用机械搅拌的方法混合均匀；

3）将步骤2）中所得混合物置于水浴中超声处理0.5h-4h，即得到所述的含有石墨烯及减水剂的溶液。

所述的一种抗氯离子渗透的石墨烯混凝土复合材料的制备方法包括以下步骤：