CN111377694A - 一种氧化石墨烯改性生土基材料及其纳米改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化石墨烯改性生土基材料及其纳米改性方法，包括：按照质量比取0.03‑0.12份氧化石墨烯粉末或悬浊液；将0.1‑0.4份聚羧酸减水剂、35份水添加到氧化石墨稀粉末或悬浊液中搅拌，超声分散，得到氧化石墨烯混合液；取固体原料中生土60‑100份、水泥5‑15份、粉煤灰5‑20份、矿渣5‑15份，拌均；将氧化石墨烯混合液与固体原料混合，使氧化石墨烯混合液与固体原料充分拌和均匀，得到氧化石墨烯改性生土基复合材料。该氧化石墨烯改性生土基材料通过氧化石墨烯可激发水泥和矿物掺合料的水化反应，从而可调控水化进程，显著提高生土基材料的具有优良的力学性能和耐久性，降低收缩率。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，涉及一种氧化石墨烯改性生土基料及其改性方法。
背景技术
千百年来，生土以其易于取材、经济环保、热稳定性好、复垦优势突出等优点，成为一种广泛使用的天然绿色建筑材料，时至今日，在我国西部地区仍存有数量巨大的生土建筑。近年来，生土材料和生土建筑再次得到了广泛关注。但是，由于传统生土材料在力学性能、耐久性等方面的不足，已无法很好地适应当前人类对建筑安全性、耐久性等方面更高标准的要求。因此，结合当前最新科技成果，如何探索一条有效的生土基材料改性途径对提高生土建筑安全性以及生土建筑的推广提升具有重大意义。
氧化石墨烯作为一种新型的纳米材料，具有非常优越的光学、电学和力学性能，能有效的改善和增强陶瓷、金属、水泥基等材料的微观结构和宏观性能。如在水泥基体中掺入少量(约0.03wt％)的氧化石墨烯，即可显著提升水泥基的抗压、抗折等力学性能以及耐久性能。但截至目前，对生土基材料的改性主要集中于水泥、矿物掺合料、生物纤维等方面，因此，利用氧化石墨烯和水泥等实现对生土基材料的纳米化改性是一条可行之路，具有较大的科学意义和使用价值。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种利用氧化石墨烯改性生土基材料的方法。该氧化石墨烯改性生土基材料具有优良的力学性能和耐久性，其抗折强度和抗压强度优于现有生土基材料的性能。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
本发明提供一种氧化石墨烯改性生土基材料，包括以下质量比的原料：
固体原料：
生土60-100份，水泥5-15份，粉煤灰5-20份，矿渣5-15份；
氧化石墨烯0.03-0.1份；
聚羧酸减水剂0.1-0.4份；
水35份。
上述技术方案中，进一步优选的方案为：
所述生土为黄土。
所述水泥为普通硅酸盐水泥。
所述氧化石墨烯为纯度大于99％，颗粒厚度为0.1-1nm的氧化石墨烯粉末或悬浊液。
上述氧化石墨烯改性生土基材料的纳米改性方法，包括以下步骤：
1)按照质量比称取0.03-0.12份氧化石墨烯粉末或悬浊液；
2)按照质量比将0.1-0.4份聚羧酸减水剂、35份水添加到氧化石墨稀粉末或悬浊液中搅拌均匀，超声分散1-3分钟，得到氧化石墨烯混合液；
3)按照质量比称取固体原料中生土60-100份、水泥5-15份、粉煤灰5-20份、矿渣5-15份，干拌均匀；
4)将步骤2)中的氧化石墨烯混合液与固体原料混合，慢拌3分钟，快拌3分钟，使氧化石墨烯混合液与固体原料充分拌和均匀，得到氧化石墨烯改性生土基复合材料。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
1)本发明相较于单纯用水泥或矿物掺合料的生土基材料，氧化石墨烯可激发水泥和矿物掺合料的水化反应，从而可调控水化进程，显著提高生土基材料的抗折、抗压强度、韧性，降低收缩率；氧化石墨烯改性生土基复合材料的抗折强度不小于2.4MPa，抗压强度不小于3.2MPa。
2)氧化石墨烯的填充效应、桥联效应可优化生土基材料的微观结构，从而明显提高生土基材料的耐久性。
3)氧化石墨烯等纳米材料用于生土改性，为改善生土基材料提供新的研究方向。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明示例中氧化石墨烯改性生土基材料的抗折强度与氧化石墨烯浓度含量关系对比示意图。
图2是本发明示例中氧化石墨烯改性生土基材料的抗压强度与氧化石墨烯浓度含量关系对比示意图。
图3是本发明示例中氧化石墨烯改性生土基材料的抗折强度与龄期关系对比示意图。
图4是本发明示例中氧化石墨烯改性生土基材料的抗压限度与龄期关系对比示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明的氧化石墨烯改性生土基材料的纳米改性方法，包括以下步骤：
1)按照质量比称取0.03-0.12份氧化石墨烯粉末或悬浊液；
2)按照质量比将0.1-0.4份聚羧酸减水剂、35份水添加到氧化石墨稀粉末或悬浊液中搅拌均匀，超声分散1-3分钟，得到氧化石墨烯混合液；
3)按照质量比称取固体原料中黄土60-100份、水泥5-15份、粉煤灰5-20份、矿渣5-15份，干拌均匀；
4)将步骤2)中的氧化石墨烯混合液与固体原料混合，慢拌3分钟，快拌3分钟，使氧化石墨烯混合液与固体原料充分拌和均匀，得到氧化石墨烯改性生土基复合材料。
下面通过不同实施例来进一步说明本发明。
实施例1
1)取0.03份氧化石墨烯粉末或悬浊液；
2)将0.2份聚羧酸减水剂、35份水添加到氧化石墨稀粉末或悬浊液中搅拌均匀，超声分散2分钟，得到氧化石墨烯混合液；
3)取黄土75份、水泥5份、粉煤灰5份、矿渣6份，干拌均匀；
4)将氧化石墨烯混合液与固体原料混合，慢拌3分钟，快拌3分钟，充分拌和均匀，得到氧化石墨烯改性生土基复合材料。
实施例2
1)取0.06份氧化石墨烯粉末或悬浊液；
2)将0.2份聚羧酸减水剂、35份水添加到氧化石墨稀粉末或悬浊液中搅拌均匀，超声分散3分钟，得到氧化石墨烯混合液；
3)取黄土60份、水泥10份、粉煤灰9份、矿渣5份，干拌均匀；
4)将氧化石墨烯混合液与固体原料混合，慢拌3分钟，快拌3分钟，拌和均匀，得到氧化石墨烯改性生土基复合材料。
实施例3
1)取0.09份氧化石墨烯粉末或悬浊液；
2)将0.4份聚羧酸减水剂、35份水添加到氧化石墨稀粉末或悬浊液中搅拌均匀，超声分散3分钟，得到氧化石墨烯混合液；
3)取黄土85份、水泥12份、粉煤灰15份、矿渣15份，干拌均匀；
4)将氧化石墨烯混合液与固体原料混合，慢拌3分钟，快拌3分钟，拌和均匀，得到氧化石墨烯改性生土基复合材料。
实施例4
1)取0.12份氧化石墨烯粉末或悬浊液；
2)将0.1份聚羧酸减水剂、35份水添加到氧化石墨稀粉末或悬浊液中搅拌均匀，超声分散1分钟，得到氧化石墨烯混合液；
3)取黄土100份、水泥15份、粉煤灰20份、矿渣10份，干拌均匀；
4)将氧化石墨烯混合液与固体原料混合，慢拌3分钟，快拌3分钟，拌和均匀，得到氧化石墨烯改性生土基复合材料。
下述给出了对比例与本发明实施例比较，来进一步说明本发明效果。
实施例与对比例的性能测试结果对比见表1。
表1性能对比
| 对比例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 抗折强度，MPa | 1.6 | 2.1 | 2.15 | 2.3 | 2.4 |
| 抗压强度，MPa | 2.6 | 2.85 | 2.86 | 3.1 | 3.2 |
测试实施例1-4及对比例(不含氧化石墨烯的生土基材料(其他组分相同))的抗折强度和抗压强度，如图1、图2、图3、图4所示，氧化石墨烯改性生土基复合材料的抗折强度不小于2.4MPa，抗压强度不小于3.2MPa。根据图1、图2可知，一定范围内随着氧化石墨烯含量的增加，生土基材料的抗折强度和抗压强度也随之增加：根据图3、图4可知，添加氧化石墨烯的实施例1-4要比不添加氧化石墨烯的生土基材料抗折强度和抗压强度有明显提升。相比单掺普通水泥的生土基材料，本发明复掺氧化石墨烯复合材料的抗折强图可提高50％，抗压强度可提高23％。由此可以看出，本发明为一种制备力学性能优良的生土基复合材料。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种氧化石墨烯改性生土基材料，其特征在于，包括以下质量比的原料：
固体原料：
生土60-100份，水泥5-15份，粉煤灰5-20份，矿渣5-15份；
氧化石墨烯0.03-0.1份；
聚羧酸减水剂0.1-0.4份；
水35份。
2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性生土基材料，其特征在于，所述生土为黄土。
3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性生土基材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性生土基材料，其特征在于，所述氧化石墨烯为纯度大于99％，颗粒厚度为0.1-1nm的氧化石墨烯粉末或悬浊液。
5.一种权利要求1-4任一项所述的氧化石墨烯改性生土基材料的纳米改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照质量比称取0.03-0.12份氧化石墨烯粉末或悬浊液；
2)按照质量比将0.1-0.4份聚羧酸减水剂、35份水添加到氧化石墨稀粉末或悬浊液中搅拌均匀，超声分散1-3分钟，得到氧化石墨烯混合液；
3)按照质量比称取固体原料中生土60-100份、水泥5-15份、粉煤灰5-20份、矿渣5-15份，干拌均匀；
4)将步骤2)中的氧化石墨烯混合液与固体原料混合，慢拌3分钟，快拌3分钟，使氧化石墨烯混合液与固体原料充分拌和均匀，得到氧化石墨烯改性生土基复合材料。
6.根据权利要求5所述的氧化石墨烯改性生土基材料的纳米改性方法，其特征在于，所述氧化石墨烯改性生土基复合材料的抗折强度不小于2.4MPa，抗压强度不小于3.2MPa。
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