[发明专利]一种石墨烯混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯混凝土，包括如下重量份数的组分：水泥350~400份，细骨料700~750份，粗骨料1000~1150份，石墨烯水分散液200~220份；所述石墨烯水分散液的浓度为0.55~0.65 g/L；所述石墨烯水分散液由石墨薄片搭配表面活性剂经高剪切液相剥离法制备得到。本发明提供的石墨烯混凝土中石墨烯水分散液通过表面活性剂和高剪切液相剥离法制得，具有高品质、高产量、低成本的特点，并且能够在实际应用中大规模生产。该石墨烯混凝土通过高品质、无缺陷石墨烯可有效地调控水泥水化产物的微观结构，提高混凝土的强度、抗渗性和耐久性等性能。

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯混凝土及其制备方法。

背景技术

现代工程技术的发展正在推动超高性能建筑材料的发展。特别是，混凝土是世界上最常用的建筑材料。为了提高混凝土的物理和力学性能，需要在纳米尺度上进行改善，这样其化学和物理力学性能才能真正得到提升。因为对混凝土造成的大部分损害都可以追溯到水泥结构中的化学和物理缺陷。纳米材料的优异化学和物理性能为混凝土的内部基体提供了最有效的提高，而近年来，水泥复合材料的纳米化技术进步，使应用在结构加固、环境污染减少、自清洁材料生产等方面得到了应用。

相关研究表明，与普通混凝土相比，新型石墨烯混凝土具有前所未有的增强性能，其抗压强度可提高146%，抗折强度可提高79.5%，缩负荷最大位移可减少78%。与此同时，新型石墨烯混凝土电热性能提高了，热容量可增加88%。其水渗透率显着降低近400％，这是混凝土结构长期耐久性的极为追求的特性，使得这种新型复合材料理想地适用于受洪水影响的区域的建筑。并且，在现今的混凝土中加入石墨烯可以减少50％的所需混凝土材料，同时仍然满足建筑物的承载力要求，这将导致碳排放量大幅减少。

然而，现有技术将石墨烯分散在干燥水泥基质粉末中的方法成本较高，涉及复杂的程序，难以按比例放大，并且可能导致混凝土的力学性能降低。此外，石墨烯很难在溶剂中稳定分散，其规模化制备亦存在很多困难，这极大地限制了其应用，也限制了石墨烯混凝土的发展。

因此，急需开发出一种力学性能优异、成本较低、能够规模化制备石墨烯混凝土。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的力学性能不足、成本较高、制备过程复杂和难以规模化制备的缺陷，提供一种石墨烯混凝土，提供的石墨烯混凝土力学性能优异、成本较低、能够规模化制备。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种石墨烯混凝土，包括如下重量份数的组分：

水泥350~400份，细骨料700~750份，粗骨料1000~1150份，石墨烯水分散液200~220份；

所述石墨烯水分散液的浓度为0.55~0.65 g/L；

所述石墨烯水分散液由石墨薄片搭配表面活性剂经高剪切液相剥离法制备得到。

本发明采用高剪切液相剥离法制备石墨烯水分散液，其原理为：剥离过程发生在高剪切混合器的方孔头内部，其中转子叶片以非常高的速度（高达8000转/分）对着方孔头内的石墨薄片进行剪切。当石墨薄片被困在转子和头部之间的狭窄空间中时，转子叶片在液体中产生的剪切力将弱的（范德华）耦合的石墨烯层分开。同时，在表面活性剂的作用下，降低水表面张力以匹配石墨烯，使剥离变得可行，形成均匀的混合物，并稳定剥落的石墨烯纳米片并防止其聚集，从而得到稳定分散的石墨烯分散液。

发明人研究发现，采用上述高剪切液相剥离法制备的石墨烯水分散液能够均匀分散在水泥基质粉末中，制得的石墨烯混凝土具有超高强度，优异的抗渗性和耐久性，具有优异的力学性能。而且，由于石墨烯的加入，增加了混凝土的热容量，增强了混凝土的热稳定性。