[发明专利]一种单片氧化石墨烯／聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料及其制备方法，所述的水相复合材料是由单片氧化石墨烯水相分散液和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液混合而成，其中，单片氧化石墨烯质量分数控制在0.1％～0.4％，聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺质量分数控制在1％～4％。本发明的水相复合材料应用于水泥基材如水泥砂浆或水泥混凝土领域时，不仅解决了单片氧化石墨烯在水泥砂浆或水泥混凝土中有效分散问题，还可大幅提高水泥砂浆或水泥混凝土的强度韧性，进而改善其高脆性，降低其劣化，最终达到提高水泥砂浆或水泥混凝土耐久性能目的。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种单片氧化石墨烯/ 聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料及其制备方法。

背景技术

随着亚洲基础设施投资银行正式投入营运和国家“一带一路”战略的深入落实，加快了公路、桥梁、机场、隧道、铁道、水坝、海洋、港口及核电等重大工程项目的建设。水泥砂浆或水泥混凝土等因具有原料来源广泛、价格低廉、制作工艺简单等特点而成为亚洲乃至世界现代重大工程项目建设用量最大的建筑材料，尤其在国内，水泥砂浆或水泥混凝土用量已占到世界总用量的70％以上。随着现代重大工程项目在不断向大型化、复杂化和功能化转型，极大地推动了水泥基材的技术进步。如何降低水泥砂浆或水泥混凝土劣化、提高水泥砂浆或水泥混凝土耐久性能、改善水泥砂浆或水泥混凝土物理力学性能、保证水泥砂浆或水泥混凝土工程质量已成为现代水泥基材技术领域的研究热点和衡量水泥基材技术进步的重要内容。

水泥砂浆或水泥混凝土是一种复杂多相的脆性材料，其最大缺陷表现为高脆性及由此产生的大量微裂纹和渗透等问题，而高脆性及由此产生的微裂纹和渗透等缺陷很大程度上决定着水泥砂浆或水泥混凝土的耐久性行为。改善水泥砂浆或水泥混凝土的高脆性和最大限度地减少由此产生的微裂纹和渗透，是解决水泥砂浆或水泥混凝土劣化、提高水泥砂浆或水泥混凝土耐久性能根本所在。当前，克服水泥砂浆或水泥混凝土高脆性及由此产生的微裂纹和渗透，大多通过改进水泥砂浆或水泥混凝土原材料、采用不同配合比、掺合料、外加剂和制作工艺以及在水泥砂浆或水泥混凝土中添加增强材料或填充材料等方法来解决，虽然已取得一定效果，但也只是治标不治本，无法从根本上改变水泥砂浆或水泥混凝土微观结构，水泥砂浆或水泥混凝土的高脆性及由此产生的微裂纹和渗透等缺陷依然存在。

氧化石墨烯是一种由稳定的C-C六元环构成的单层碳原子，在其单层分子结构上含有大量羧基、羟基、羰基、环氧基等含氧基团。氧化石墨烯因具有较大比表面积、较高强度和较强韧性等优异特性已被广泛应用于高分子复合材料的改性中，但氧化石墨烯对水泥基材如水泥砂浆或水泥混凝土的改性研究仍然鲜有报告。

由于单片氧化石墨烯在添加量较低情况下，能够促使水泥砂浆或水泥混凝土中的水泥水化产物形成花朵状晶体，并向微裂纹等缺陷处生长，可及时“修补”水泥砂浆或水泥混凝土缺陷，不仅可以提高了水泥砂浆或水泥混凝土的抗压强度，更重要的是能够大幅提高水泥砂浆或水泥混凝土的拉伸和抗折强度，从而改善水泥砂浆或水泥混凝土高脆性，显著提高水泥砂浆或水泥混凝土韧性，这对降低水泥砂浆或水泥混凝土劣化、提高水泥砂浆或水泥混凝土耐久性能具有重要意义。

单片氧化石墨烯由于具有极大比表面积，且片间又存在较大的分子间作用力而发生“聚集”。由于单片氧化石墨烯的“聚集”，将导致单片氧化石墨烯在水泥砂浆或水泥混凝土中难于均匀分散，从而限制了单片氧化石墨烯在水泥砂浆或水泥混凝土中的实际应用。研发和提供一种高分散的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料，不仅解决了单片氧化石墨烯在水泥砂浆或水泥混凝土中有效分散问题，而且还能充分发挥单片氧化石墨烯对水泥砂浆或水泥混凝土微观结构和强度韧性的调控作用。当在水泥砂浆或水泥混凝土中加入少量的该单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料后，利用单片氧化石墨烯的结构与性能，通过对水泥水化晶体形状和排列方式进行调控，不仅改善了水泥砂浆或水泥混凝土的高脆性，而且提高了水泥砂浆或水泥混凝土的强度韧性等性能。

发明内容