CN110857246A - 一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.01‑0.07wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.198‑0.306wt％。本发明的一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆解决了现有技术中存在的使用小片径薄层氧化石墨烯造成水泥砂浆造价昂贵的问题。本发明还公开了上述水泥砂浆的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于水泥砂浆技术领域，涉及一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，本发明还涉及上述水泥砂浆的制备方法。
背景技术
水泥是当今用量最大的建筑材料之一，广泛应用与水利工程建筑。而其抗弯强度低，抗裂性能差[1]限制了水泥的发展。微裂纹受外部力扩展演变成宏观裂纹，对水泥材料宏观力学特性有较大影响。近年来碳纳米管、碳纤维和石墨烯等纳米材料因其超高的强度和可拉伸性备受关注，广泛应用于改善复合材料的各项性能。因此，可以通过掺和纳米材料优化水泥材料微观尺度的几何结构，提高其机械性能、耐久性和抗渗性等特性。
氧化石墨烯(GO)是石墨烯的一种氧化产物。与石墨烯一样，GO拥有优异的机械性能，多层GO的抗拉强度高达为130Mpa，其基面含有大量的含氧基团，使GO具有超大比表面积和表面化学性。此外，由于含氧基团的存在，使其在水中具有良好的分散性。因此，GO可以与其他材料相互作用，改善复合材料的强度和可拉伸性。GO的生产工艺简单，原料廉价，这为其广泛的应用提供了良好的基础。
虽然对GO掺入水泥基材料中对其性能的影响进行了很多研究，但是大多集中于小片径薄层GO，虽然其大幅度增强了水泥基材料的机械性能，但小片径薄层GO材料制作工艺复杂，造价昂贵，影响其广泛使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，解决了现有技术中存在的使用小片径薄层氧化石墨烯造成水泥砂浆造价昂贵的问题。
本发明的另一目的是提供上述水泥砂浆的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.01-0.07wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.198-0.306wt％。
本发明第一种技术方案的特征还在于，
水泥为硅酸盐水泥。
减水剂为聚羧酸型减水剂。
减水剂的减水率为25％，初始固含量为18％。
水泥砂浆中氧化石墨烯的掺量每增加0.01％时，减水剂掺量增加0.018％。
氧化石墨烯采用多层氧化石墨烯粉末。
本发明所采用的另一种技术方案是，一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，该水泥砂浆以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.01-0.07wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.198-0.306wt％；制备过程为：首先制备氧化石墨烯分散液，然后按照上述比例称取水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯分散液，然后将水、氧化石墨烯分散液和减水剂依次加入容器中搅拌，使其充分混合得到混合溶液，再将水泥和砂子放入搅拌锅中搅拌，使水泥和砂子搅拌均匀后静置8～12S，然后将混合溶液倒入搅拌锅中搅拌，制备得到水泥砂浆。
本发明第二种技术方案的特征还在于，
制备氧化石墨烯分散液的过程为：将一定量的氧化石墨烯粉末在一定量的去离子水中进行超声分散15-25min，制备得到浓度为2g/L的氧化石墨烯分散液。
水泥和砂子放入搅拌锅中搅拌采用搅拌机以62rpm搅拌1min。
将混合溶液倒入搅拌锅中后才采用搅拌机先以62rpm搅拌2min，再调至125rpm搅拌2min。
本发明的有益效果是：
本发明采用大片径多层氧化石墨烯掺入水泥基材料中，制备出的水泥砂浆固化后结构密实，抗压强度、抗弯强度均符合要求，且大片径多层氧化石墨烯制作工艺简单，造价低，降低了水泥砂浆的制作成本。
附图说明
图1是本发明制备的水泥砂浆固化后抗压强度随GO掺量和水化龄期的变化图；
图2是本发明制备的水泥砂浆固化后抗折强度随GO掺量和水化龄期的变化图；
图3是本发明掺和不同量GO的水泥砂浆的微观结构图；
图4是本发明掺量0.05wt％GO的水泥砂浆固化不同龄期的微观结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.01-0.07wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.198-0.306wt％，其中，水泥为硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸型减水剂(PCE)，减水剂的减水率为25％，初始固含量为18％，水泥砂浆中氧化石墨烯的掺量每增加0.01％时，减水剂掺量增加0.018％，氧化石墨烯采用多层氧化石墨烯粉末。
本发明一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，该水泥砂浆以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.01-0.07wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.198-0.306wt％，水泥砂浆中氧化石墨烯的掺量每增加0.01％时，减水剂掺量增加0.018％，制备过程为：首先将一定量的氧化石墨烯粉末在一定量的去离子水中进行超声分散15-25min，制备得到浓度为2g/L的氧化石墨烯分散液，然后按照上述比例称取水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯分散液，然后将水、氧化石墨烯分散液和减水剂依次加入容器中搅拌，使其充分混合得到混合溶液，再将水泥和砂子放入搅拌锅中采用搅拌机以62rpm搅拌1min后静置8～12S，然后将混合溶液倒入搅拌锅中采用搅拌机先以62rpm搅拌2min，再调至125rpm搅拌2min，制备得到水泥砂浆。
本发明的砂子采用厦门艾思欧公司生产的普通硅酸盐水泥(PO 42.5)，使用多层氧化石墨烯粉末材料参数如表1所示；
表1
| 直径(μm) | 厚度(nm) | 层数 | 比表面积(m<sup>2</sup>g<sup>-1</sup>) |
| 10-50 | 3.4-7.0 | 5-10 | 100-300 |
实施例1
一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，该水泥砂浆以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.01wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.198wt％，制备过程为：首先将一定量的氧化石墨烯粉末在一定量的去离子水中进行超声分散20min，制备得到浓度为2g/L的氧化石墨烯分散液，然后按照上述比例称取水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯分散液，然后将水、氧化石墨烯分散液和减水剂依次加入容器中搅拌，使其充分混合得到混合溶液，再将水泥和砂子放入搅拌锅中采用搅拌机以62rpm搅拌1min后静置10S，然后将混合溶液倒入搅拌锅中采用搅拌机先以62rpm搅拌2min，再调至125rpm搅拌2min，制备得到水泥砂浆。
实施例2
一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，该水泥砂浆以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.03wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.234wt％，制备过程为：首先将一定量的氧化石墨烯粉末在一定量的去离子水中进行超声分散20min，制备得到浓度为2g/L的氧化石墨烯分散液，然后按照上述比例称取水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯分散液，然后将水、氧化石墨烯分散液和减水剂依次加入容器中搅拌，使其充分混合得到混合溶液，再将水泥和砂子放入搅拌锅中采用搅拌机以62rpm搅拌1min后静置10S，然后将混合溶液倒入搅拌锅中采用搅拌机先以62rpm搅拌2min，再调至125rpm搅拌2min，制备得到水泥砂浆。
实施例3
一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，该水泥砂浆以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.05wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.27wt％，制备过程为：首先将一定量的氧化石墨烯粉末在一定量的去离子水中进行超声分散20min，制备得到浓度为2g/L的氧化石墨烯分散液，然后按照上述比例称取水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯分散液，然后将水、氧化石墨烯分散液和减水剂依次加入容器中搅拌，使其充分混合得到混合溶液，再将水泥和砂子放入搅拌锅中采用搅拌机以62rpm搅拌1min后静置10S，然后将混合溶液倒入搅拌锅中采用搅拌机先以62rpm搅拌2min，再调至125rpm搅拌2min，制备得到水泥砂浆。
实施例4
一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，该水泥砂浆以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.07wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.306wt％，制备过程为：首先将一定量的氧化石墨烯粉末在一定量的去离子水中进行超声分散20min，制备得到浓度为2g/L的氧化石墨烯分散液，然后按照上述比例称取水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯分散液，然后将水、氧化石墨烯分散液和减水剂依次加入容器中搅拌，使其充分混合得到混合溶液，再将水泥和砂子放入搅拌锅中采用搅拌机以62rpm搅拌1min后静置10S，然后将混合溶液倒入搅拌锅中采用搅拌机先以62rpm搅拌2min，再调至125rpm搅拌2min，制备得到水泥砂浆。
实施例5
一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，该水泥砂浆以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.04wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.252wt％，制备过程为：首先将一定量的氧化石墨烯粉末在一定量的去离子水中进行超声分散15min，制备得到浓度为2g/L的氧化石墨烯分散液，然后按照上述比例称取水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯分散液，然后将水、氧化石墨烯分散液和减水剂依次加入容器中搅拌，使其充分混合得到混合溶液，再将水泥和砂子放入搅拌锅中采用搅拌机以62rpm搅拌1min后静置8S，然后将混合溶液倒入搅拌锅中采用搅拌机先以62rpm搅拌2min，再调至125rpm搅拌2min，制备得到水泥砂浆。
实施例6
一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，该水泥砂浆以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.06wt％，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.288wt％，制备过程为：首先将一定量的氧化石墨烯粉末在一定量的去离子水中进行超声分散25min，制备得到浓度为2g/L的氧化石墨烯分散液，然后按照上述比例称取水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯分散液，然后将水、氧化石墨烯分散液和减水剂依次加入容器中搅拌，使其充分混合得到混合溶液，再将水泥和砂子放入搅拌锅中采用搅拌机以62rpm搅拌1min后静置12S，然后将混合溶液倒入搅拌锅中采用搅拌机先以62rpm搅拌2min，再调至125rpm搅拌2min，制备得到水泥砂浆。
未验证本发明所制备的水泥砂浆的性能，采用实施例1-4及对比组对其性能进行对比研究：
对比组
一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，该水泥砂浆以水泥、水、砂子、减水剂为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，减水剂的掺量为水泥固体质量的0.18wt％，制备过程为：按照上述比例称取水泥、水、砂子、减水剂，然后将水和减水剂依次加入容器中搅拌，使其充分混合得到混合溶液，再将水泥和砂子放入搅拌锅中采用搅拌机以62rpm搅拌1min后静置12S，然后将混合溶液倒入搅拌锅中采用搅拌机先以62rpm搅拌2min，再调至125rpm搅拌2min，制备得到水泥砂浆。
实施例1-4及对比组的具体数据如表2所示，将实施例1-4以及对比组制备的水泥砂浆倒入尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm和40mm×40mm×160mm的模具中，分别用于测试水泥胶砂的抗压强度和抗弯强度，24小时后，将试件从模具中取出，在温度为20±1℃和相对湿度为95％的环境下养护至7天、14天和28天的龄期进行测试。
参照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB17671-1999)的检验标准，对水泥胶砂的抗压强度和抗弯强度进行测试。使用WAW-3000C微机控制电液伺服万能试验机测试抗压强度和抗弯强度，抗压强度加载速率为2.4±0.5kN/s，抗弯强度加载速率为0.05±0.01kN/s，每个配比测试三个样品。
表2
(1)抗压强度
氧化石墨烯加入水泥砂浆中会改变砂浆的稠度，使其流动性变低，实验通过调整减水剂的掺量使砂浆稠度保持在一定范围(通过改变减水剂掺量使水泥胶砂稠度保持在23～24mm)，表3中为氧化石墨烯掺量为0wt％、0.01wt％、0.03wt％、0.05wt％、0.07wt％的水泥胶砂不同龄期的抗压强度和抗弯强度等机械性能。图1显示了抗压强度随GO掺量(0wt％、0.01wt％、0.03wt％、0.05wt％和0.07wt％)和水化龄期(7天、14天和28天)的变化，可以看出，随着水泥水化龄期的增加，水泥胶砂的抗折强度增加，当掺量小于0.05wt％，随着氧化石墨烯掺量增加，水泥砂浆的抗压强度增大，当掺量继续增加至0.07wt％时，抗压强度小于掺量为0.05wt％时的抗压强度。随着GO的掺入，水泥胶砂抗折强度增幅较大，其中，水化龄期为7天、14天、28天时，掺入0.05wt％的GO，水泥胶砂抗压强度达到最大值，分别为22％、19％和18％。因此，GO对水泥砂浆的抗压强度有明显的改善。我们分析原因有两个：第一，GO为水泥水化产物即水化硅酸钙提供生长载体，加速其产生以及发展；第二，GO在水泥基材料中起桥接作用，包括了物理连接和化学键结合，使水泥水化晶体和GO紧密连接。特别地，当养护周期为7天时，抗压强度最大提高了22％。因为早期水化产物较为分散，而GO充当载体，促使水泥中生成致密结构，对较为疏松的水化硅酸钙的桥接作用更好。
表3
(2)抗弯强度
抗折强度随GO掺量(0wt％、0.01wt％、0.03wt％、0.05wt％和0.07wt％)和水化龄期(7天、14天和28天)的变化如图2所示，可以清楚地从图中看到，水泥胶砂的抗折强度随着水泥水化龄期的增大而增大，其增加的幅度逐渐变缓。水泥水化龄期为7天、14天和28天时，GO含量对水泥胶砂材料抗折强度影响较大，当GO的掺量为0.01wt％、0.03wt％和0.05wt％时,随着GO掺量的增加，抗折强度逐渐提高，增长趋势变缓。但是掺量超过0.05wt％时，相对于最大值，抗折强度降低。分析有两个原因：第一当GO掺量过大，产生团聚作用，对水泥水化晶体结构的桥连作用减弱；第二个原因是GO团聚后比表面积减少，表面含氧基团减少，促使水泥水化晶体的生成作用减弱。值得注意的是，水化龄期为7天、14天、28天时，掺入0.05wt％的GO，水泥胶砂抗折强度达到最大值，分别为29％、17％和17％。特别地，水化龄期为7天时，GO的掺入明显增加了水泥胶砂试件的抗折强度，使水泥胶砂的抗折强度提高了15％～28％。这表明GO的掺入对水泥胶砂材料有明显的增韧作用。
(3)水泥水化晶体微观结构
水泥基复合材料的微观结构决定其力学性能。因此，通过电镜扫描对水泥基材料的微观结构进行观察分析。水泥水化产生的晶体存在孔洞和裂缝，形成大量疏松并且有缺陷的网络，掺和氧化石墨烯有助于水泥水化晶体(水化硅酸钙，C-S-H；钙矾石，Aft；单硫型水合硫酸铝，Afm；氢氧化钙，CH)的生成，氧化石墨烯比表面积大，其上含有的氧原子为水泥的水化反应提供位点，促使其生成有规律的密集水化产物，提高水化硅酸钙的密实度。而GO形成的网络将水化硅酸钙紧密连接，从而影响水泥的微观结构。水泥砂浆水化龄期1天时，图3显示了掺和不同量GO的水泥砂浆的微观结构，通过电子显微镜扫描样品的微观结构，其中，图3中(a)为未掺GO；(b)-(e)分别为GO的掺量为0.01wt％、0.03wt％、0.05wt％、0.07wt％，可以清楚地看到，未掺和GO的水泥砂浆的水化产物显示为不规则分布的稀疏的针状晶体，当GO掺量为0.01wt％时，图中针状晶体增多。当GO掺量为0.03wt％时，针状晶体急剧增加，致密化微观结构。当GO掺量为0.05wt％-0.07wt％时，出现了大量的片状晶体并逐渐增多，结果表明GO对针状和片状晶体有调控作用，还可以促使致密块结构的形成，改善水泥水化物的微观结构，进而增强水泥基材料的机械性能。
图4为掺和0.05wt％GO的水泥基材料不同龄期(1、3、7、14和28天)的微观结构，结果表明，随着龄期的增长，水泥的微观结构更密集。水化龄期为1天时，水化产物为稀疏的针状晶体。3天时水化产物为致密的网状结构。从第7天开始，出现花瓣状晶体。14天时形成不规则的块状结构，水化产物逐渐密实。直至28天，结构面基本趋于平整。结果表明GO可以促进花瓣状晶体的产生，有利于提高水泥基材料的韧性。随着结构逐渐密实，水泥基材料的抗压强度和抗折强度等特性逐渐提高。
Claims (10)
1.一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，其特征在于，以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，所述氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.01-0.07wt％，所述减水剂的掺量为水泥固体质量的0.198-0.306wt％。
2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸型减水剂。
4.根据权利要求3所述的一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，其特征在于，所述减水剂的减水率为25％，初始固含量为18％。
5.根据权利要求1或3或4所述的一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，其特征在于，所述水泥砂浆中氧化石墨烯的掺量每增加0.01％时，减水剂掺量增加0.018％。
6.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯复合的水泥砂浆，其特征在于，所述氧化石墨烯采用多层氧化石墨烯粉末。
7.一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，其特征在于，所述水泥砂浆以水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯为原料，进行混合搅拌，形成水泥砂浆，其中，水泥和砂子按照质量比为1:3混合，水灰比为0.35，所述氧化石墨烯的掺量为水泥固体质量的0.01-0.07wt％，所述减水剂的掺量为水泥固体质量的0.198-0.306wt％；制备过程为：首先制备氧化石墨烯分散液，然后按照上述比例称取水泥、水、砂子、减水剂和氧化石墨烯分散液，然后将水、氧化石墨烯分散液和减水剂依次加入容器中搅拌，使其充分混合得到混合溶液，再将水泥和砂子放入搅拌锅中搅拌，使水泥和砂子搅拌均匀后静置8～12S，然后将混合溶液倒入搅拌锅中搅拌，制备得到水泥砂浆。
8.根据权利要求7所述的一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，其特征在于，所述制备氧化石墨烯分散液的过程为：将一定量的氧化石墨烯粉末在一定量的去离子水中进行超声分散15-25min，制备得到浓度为2g/L的氧化石墨烯分散液。
9.根据权利要求7所述的一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，其特征在于，所述水泥和砂子放入搅拌锅中搅拌采用搅拌机以62rpm搅拌1min。
10.根据权利要求7所述的一种氧化石墨烯复合水泥砂浆的制备方法，其特征在于，所述将混合溶液倒入搅拌锅中后才采用搅拌机先以62rpm搅拌2min，再调至125rpm搅拌2min。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111392721A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-07-10 | 重庆永固新型建材有限公司 | 一种氧化石墨烯分散液及其制备方法和应用 |
| CN111777377A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-16 | 长沙通建新材料科技有限公司 | 一种精确砌块用的氧化石墨烯薄层干混砂浆及其工艺 |
| CN112142410A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-29 | 燕山大学 | 一种高强高抗渗多层氧化石墨烯混凝土及其制备方法 |
| CN112794318A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-05-14 | 中国科学院生态环境研究中心 | 基于三维石墨烯材料的管道内衬及其制备方法和应用 |
| CN112876152A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-01 | 湖南春天环保建材有限公司 | 一种新型石墨烯干混砂浆及其制备方法 |
| CN114085058A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-25 | 深圳大学 | 高固化氯离子能力的氧化石墨烯复合水泥基胶凝材料及其制备方法 |
| CN115231880A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-10-25 | 太原理工大学 | 煤系偏高岭土-氧化石墨烯水泥砂浆复合材料及制备方法 |
| CN116462458A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-07-21 | 苏州固韧纳米材料技术有限公司 | 一种沥青改性水泥基复合材料及其制备方法与应用 |
| CN118993600A (zh) * | 2024-08-30 | 2024-11-22 | 厦门大学 | 一种氧化石墨烯分散液和氧化石墨烯改性的水泥砂浆及其制备方法和应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170233290A1 (en) * | 2014-08-18 | 2017-08-17 | Gamor Inc. | Graphite Oxide Entrainment in Cement and Asphalt Composite |
| CN108101040A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-01 | 佛山科学技术学院 | 一种低成本氧化石墨烯砂浆及其制备方法 |
| CN108117333A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-05 | 佛山科学技术学院 | 一种高抗折强度氧化石墨烯砂浆及其制备方法 |
| CN108424085A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-08-21 | 张翼航 | 一种氧化石墨烯增强水泥基砂浆材料的制备方法 |
-
2018
- 2018-08-22 CN CN201810962679.0A patent/CN110857246A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170233290A1 (en) * | 2014-08-18 | 2017-08-17 | Gamor Inc. | Graphite Oxide Entrainment in Cement and Asphalt Composite |
| CN108101040A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-01 | 佛山科学技术学院 | 一种低成本氧化石墨烯砂浆及其制备方法 |
| CN108117333A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-05 | 佛山科学技术学院 | 一种高抗折强度氧化石墨烯砂浆及其制备方法 |
| CN108424085A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-08-21 | 张翼航 | 一种氧化石墨烯增强水泥基砂浆材料的制备方法 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111392721A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-07-10 | 重庆永固新型建材有限公司 | 一种氧化石墨烯分散液及其制备方法和应用 |
| CN111777377A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-16 | 长沙通建新材料科技有限公司 | 一种精确砌块用的氧化石墨烯薄层干混砂浆及其工艺 |
| CN112142410A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-29 | 燕山大学 | 一种高强高抗渗多层氧化石墨烯混凝土及其制备方法 |
| CN112794318A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-05-14 | 中国科学院生态环境研究中心 | 基于三维石墨烯材料的管道内衬及其制备方法和应用 |
| CN112876152A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-01 | 湖南春天环保建材有限公司 | 一种新型石墨烯干混砂浆及其制备方法 |
| CN114085058A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-25 | 深圳大学 | 高固化氯离子能力的氧化石墨烯复合水泥基胶凝材料及其制备方法 |
| CN115231880A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-10-25 | 太原理工大学 | 煤系偏高岭土-氧化石墨烯水泥砂浆复合材料及制备方法 |
| CN116462458A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-07-21 | 苏州固韧纳米材料技术有限公司 | 一种沥青改性水泥基复合材料及其制备方法与应用 |
| CN118993600A (zh) * | 2024-08-30 | 2024-11-22 | 厦门大学 | 一种氧化石墨烯分散液和氧化石墨烯改性的水泥砂浆及其制备方法和应用 |
| CN118993600B (zh) * | 2024-08-30 | 2025-08-01 | 厦门大学 | 一种氧化石墨烯分散液和氧化石墨烯改性的水泥砂浆及其制备方法和应用 |
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