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CN109053095A - 一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土 - Google Patents

一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，涉及建材技术领域，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土中含有其质量8‑12%的改性石墨烯复合插层油页岩；本发明制备的混凝土具有优异的抗冻性能。

Description

一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土
技术领域
本发明属于建材技术领域，具体涉及一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土。
背景技术
在北方寒冷地区，冬天的温度很低，常常达到零下二十摄氏度，甚至达到零下四五十摄氏度。在这样的地方，对于建筑工程的防冻性能提出了更高的要求，尤其是对于公路、桥梁等，其混凝土一方面需要长期耐受超低温，另一方面，要经受反复冻融的考验。为了满足这方面的要求，本行业提出了抗冻混凝土的概念和要求，抗冻混凝土是指结构设计要求混凝土具有长期抵抗冻融循环的耐久性能，即满足结构设计规定的抗冻级别。目前，混凝土抗冻性一般，无法满足市场的需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土中含有其质量8-12%的改性石墨烯复合插层油页岩。
进一步的，所述改性石墨烯复合插层油页岩制备方法包括以下步骤：
（1）改性石墨烯：将石墨烯均匀分散到去离子水中，配制成石墨烯分散液，向石墨烯分散液中添加其质量0.1%的次氯酸钠，加热至65℃，以120r/min转速搅拌40min，然后再向石墨烯分散液中添加其质量0.05-0.07%的三甲基硅醇钾，以500r/min转速搅拌2小时，静置老化1小时，然后进行抽滤，清洗，烘干至恒重，即得改性石墨烯；
（2）改性石墨烯复合插层油页岩：将油页岩粉碎至300目筛，得到油页岩粉，将油页岩粉均匀分散到有机溶剂中，然后向有机溶剂中添加硅烷、氢氧化钠、去离子水，加热至66℃，保温搅拌反应2.5-3小时后，冷却至室温，继续搅拌5小时，再向有机溶剂中添加三乙胺和改性石墨烯，调节温度至50℃，搅拌40min，然后自然冷却至室温，经旋蒸除去溶剂后，采用无水乙醇和去离子水分别清洗10min，干燥至恒重，即得。
进一步的，所述石墨烯分散液质量分数为7.8%。
进一步的，所述有机溶剂为丙酮。
进一步的，所述油页岩粉与有机溶剂混合比例为320g：500mL。
进一步的，所述所述硅烷、氢氧化钠、去离子水与有机溶剂混合比例为10g：5g：120mL：500mL。
进一步的，所述硅烷为三氟丙基三乙氧基氢硅烷。
进一步的，所述三乙胺和改性石墨烯与有机溶剂混合比例为1.5g：25g：500mL。
进一步的，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土还包括以下重量份组分：硅酸盐水泥300、粉煤灰82、砂子650、石子1100、水165；所述砂子粒度为0.04cm，石子粒度为0.1cm。
有益效果： 本发明通过对各成分用量进行调整，通过改性石墨烯复合插层油页岩的添加，降低了混凝土的徐变，提高了混凝土的修饰性，改善了混凝土拌合物的和易性，增强了混凝土的可泵性，显著降低混凝土水化热、热膨胀性，同时能抑制温差而产生的裂缝，提高了混凝土的抗渗性和抗冻性；通过与粉煤灰、砂子、石子配合使用，利用各组分粒径的不同，在混凝土胶凝材料中实现填充，减小各组分颗粒之间的空隙，从而减小混凝土总孔隙率，改善孔结构，使混凝土更加密实，显著提高了混凝土的抗渗性、抗腐蚀性和强度，同时采用硅酸盐水泥的配合，具有良好的水硬胶凝性能；通过改性石墨烯复合插层油页岩独特的结构特性，不仅能够提高混凝土密实度，同时使混凝土具有良好的抗裂防渗性，同时具有的膨胀性可补偿混凝土硬化过程中的收缩，减小坍落度，同时提高了混凝土的抗压强度、抗折强度，改善了混凝土的力学性能和抗冻性等耐久性能。
具体实施方式
实施例1
一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土中含有其质量8%的改性石墨烯复合插层油页岩。
进一步的，所述改性石墨烯复合插层油页岩制备方法包括以下步骤：
（1）改性石墨烯：将石墨烯均匀分散到去离子水中，配制成石墨烯分散液，向石墨烯分散液中添加其质量0.1%的次氯酸钠，加热至65℃，以120r/min转速搅拌40min，然后再向石墨烯分散液中添加其质量0.05%的三甲基硅醇钾，以500r/min转速搅拌2小时，静置老化1小时，然后进行抽滤，清洗，烘干至恒重，即得改性石墨烯；
（2）改性石墨烯复合插层油页岩：将油页岩粉碎至300目筛，得到油页岩粉，将油页岩粉均匀分散到有机溶剂中，然后向有机溶剂中添加硅烷、氢氧化钠、去离子水，加热至66℃，保温搅拌反应2.5小时后，冷却至室温，继续搅拌5小时，再向有机溶剂中添加三乙胺和改性石墨烯，调节温度至50℃，搅拌40min，然后自然冷却至室温，经旋蒸除去溶剂后，采用无水乙醇和去离子水分别清洗10min，干燥至恒重，即得。
进一步的，所述石墨烯分散液质量分数为7.8%。
进一步的，所述有机溶剂为丙酮。
进一步的，所述油页岩粉与有机溶剂混合比例为320g：500mL。
进一步的，所述所述硅烷、氢氧化钠、去离子水与有机溶剂混合比例为10g：5g：120mL：500mL。
进一步的，所述硅烷为三氟丙基三乙氧基氢硅烷。
进一步的，所述三乙胺和改性石墨烯与有机溶剂混合比例为1.5g：25g：500mL。
进一步的，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土还包括以下重量份组分：硅酸盐水泥300、粉煤灰82、砂子650、石子1100、水165；所述砂子粒度为0.04cm，石子粒度为0.1cm。
实施例2
一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土中含有其质量12%的改性石墨烯复合插层油页岩。
进一步的，所述改性石墨烯复合插层油页岩制备方法包括以下步骤：
（1）改性石墨烯：将石墨烯均匀分散到去离子水中，配制成石墨烯分散液，向石墨烯分散液中添加其质量0.1%的次氯酸钠，加热至65℃，以120r/min转速搅拌40min，然后再向石墨烯分散液中添加其质量0.07%的三甲基硅醇钾，以500r/min转速搅拌2小时，静置老化1小时，然后进行抽滤，清洗，烘干至恒重，即得改性石墨烯；
（2）改性石墨烯复合插层油页岩：将油页岩粉碎至300目筛，得到油页岩粉，将油页岩粉均匀分散到有机溶剂中，然后向有机溶剂中添加硅烷、氢氧化钠、去离子水，加热至66℃，保温搅拌反应3小时后，冷却至室温，继续搅拌5小时，再向有机溶剂中添加三乙胺和改性石墨烯，调节温度至50℃，搅拌40min，然后自然冷却至室温，经旋蒸除去溶剂后，采用无水乙醇和去离子水分别清洗10min，干燥至恒重，即得。
进一步的，所述石墨烯分散液质量分数为7.8%。
进一步的，所述有机溶剂为丙酮。
进一步的，所述油页岩粉与有机溶剂混合比例为320g：500mL。
进一步的，所述所述硅烷、氢氧化钠、去离子水与有机溶剂混合比例为10g：5g：120mL：500mL。
进一步的，所述硅烷为三氟丙基三乙氧基氢硅烷。
进一步的，所述三乙胺和改性石墨烯与有机溶剂混合比例为1.5g：25g：500mL。
进一步的，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土还包括以下重量份组分：硅酸盐水泥300、粉煤灰82、砂子650、石子1100、水165；所述砂子粒度为0.04cm，石子粒度为0.1cm。
实施例3
一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土中含有其质量10%的改性石墨烯复合插层油页岩。
进一步的，所述改性石墨烯复合插层油页岩制备方法包括以下步骤：
（1）改性石墨烯：将石墨烯均匀分散到去离子水中，配制成石墨烯分散液，向石墨烯分散液中添加其质量0.1%的次氯酸钠，加热至65℃，以120r/min转速搅拌40min，然后再向石墨烯分散液中添加其质量0.06%的三甲基硅醇钾，以500r/min转速搅拌2小时，静置老化1小时，然后进行抽滤，清洗，烘干至恒重，即得改性石墨烯；
（2）改性石墨烯复合插层油页岩：将油页岩粉碎至300目筛，得到油页岩粉，将油页岩粉均匀分散到有机溶剂中，然后向有机溶剂中添加硅烷、氢氧化钠、去离子水，加热至66℃，保温搅拌反应2.8小时后，冷却至室温，继续搅拌5小时，再向有机溶剂中添加三乙胺和改性石墨烯，调节温度至50℃，搅拌40min，然后自然冷却至室温，经旋蒸除去溶剂后，采用无水乙醇和去离子水分别清洗10min，干燥至恒重，即得。
进一步的，所述石墨烯分散液质量分数为7.8%。
进一步的，所述有机溶剂为丙酮。
进一步的，所述油页岩粉与有机溶剂混合比例为320g：500mL。
进一步的，所述所述硅烷、氢氧化钠、去离子水与有机溶剂混合比例为10g：5g：120mL：500mL。
进一步的，所述硅烷为三氟丙基三乙氧基氢硅烷。
进一步的，所述三乙胺和改性石墨烯与有机溶剂混合比例为1.5g：25g：500mL。
进一步的，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土还包括以下重量份组分：硅酸盐水泥300、粉煤灰82、砂子650、石子1100、水165；所述砂子粒度为0.04cm，石子粒度为0.1cm。
对比例1：与实施例1区别仅在于不添加改性石墨烯复合插层油页岩。
对比例2：与实施例1区别仅在于将改性石墨烯复合插层油页岩替换为石墨烯。
对比例3：与实施例1区别仅在于将改性石墨烯复合插层油页岩替换为改性石墨烯。
对比例4：与实施例1区别仅在于将改性石墨烯复合插层油页岩替换为油页岩。
试验
对实施例与对比例混凝土进行(GB/T50082-2009)的规定混凝土快速冻融循环方法进行试验，具体结果参见表1（冻融次数200次）：
表1
质量损失率% 强度损失率%
实施例均值 1.05 4.57
对比例1 7.32 25.56
对比例2 4.29 18.41
对比例3 4.01 16.68
对比例4 5.12 20.37
由表1可以看出，本发明制备的混凝土具有优异的抗冻性能。

Claims (9)

1.一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，其特征在于，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土中含有其质量8-12%的改性石墨烯复合插层油页岩。
2.如权利要求1所述的一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，其特征在于，所述改性石墨烯复合插层油页岩制备方法包括以下步骤：
（1）改性石墨烯：将石墨烯均匀分散到去离子水中，配制成石墨烯分散液，向石墨烯分散液中添加其质量0.1%的次氯酸钠，加热至65℃，以120r/min转速搅拌40min，然后再向石墨烯分散液中添加其质量0.05-0.07%的三甲基硅醇钾，以500r/min转速搅拌2小时，静置老化1小时，然后进行抽滤，清洗，烘干至恒重，即得改性石墨烯；
（2）改性石墨烯复合插层油页岩：将油页岩粉碎至300目筛，得到油页岩粉，将油页岩粉均匀分散到有机溶剂中，然后向有机溶剂中添加硅烷、氢氧化钠、去离子水，加热至66℃，保温搅拌反应2.5-3小时后，冷却至室温，继续搅拌5小时，再向有机溶剂中添加三乙胺和改性石墨烯，调节温度至50℃，搅拌40min，然后自然冷却至室温，经旋蒸除去溶剂后，采用无水乙醇和去离子水分别清洗10min，干燥至恒重，即得。
3.如权利要求2所述的一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，其特征在于，所述石墨烯分散液质量分数为7.8%。
4.如权利要求2所述的一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮。
5.如权利要求2所述的一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，其特征在于，所述油页岩粉与有机溶剂混合比例为320g：500mL。
6.如权利要求2所述的一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，其特征在于，所述所述硅烷、氢氧化钠、去离子水与有机溶剂混合比例为10g：5g：120mL：500mL。
7.如权利要求6所述的一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，其特征在于，所述硅烷为三氟丙基三乙氧基氢硅烷。
8.如权利要求2所述的一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，其特征在于，所述三乙胺和改性石墨烯与有机溶剂混合比例为1.5g：25g：500mL。
9.如权利要求1所述的一种改性石墨烯增强型抗冻混凝土，其特征在于，所述改性石墨烯增强型抗冻混凝土还包括以下重量份组分：硅酸盐水泥300、粉煤灰82、砂子650、石子1100、水165；所述砂子粒度为0.04cm，石子粒度为0.1cm。
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