[发明专利]一种石墨烯基纳米晶核类早强剂及其制备方法

说明书

本发明属于混凝土外加剂技术领域，为了解决现有早强剂存在诸多弊端，常引起混凝土工作性及耐久性，甚至抗渗性和耐腐蚀性降低等问题，提供了一种石墨烯基纳米晶核类早强剂及其制备方法。以硝酸钙为Ca源，硅酸钠为Si源，室温下通过原位沉淀反应将C‑S‑H纳米晶核负载于氧化石墨烯上，得到nanoC‑S‑H@GO。通过引入氧化石墨烯大大提高了C‑S‑H晶核的分散程度，暴露了更多的C‑S‑H活性位，为水泥水化初期提供晶核类诱导剂，降低水泥水化产物的成核势垒，加快水化产物的水化过程，进而在不损失后期强度的前提下，提高了水泥基材的早期强度。生产工艺简单、操作简单，有利于工业化生产，原料不含有害物质、产品绿色环保。

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种石墨烯基纳米晶核类早强剂及其制备方法。

背景技术

混凝土早强剂是指能提高混凝土早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展。

传统的早强剂，对建筑腐蚀较大，且在低温情况下效果极差。目前，人们已先后开发出氯盐和硫酸盐以外的多种早强型外加剂，如亚硝酸盐，铬酸盐等，以及有机物早强剂，如三乙醇胺、甲酸钙、尿素等，并且在早强剂的基础上，生产应用多种复合型外加剂，如早强减水剂、早强防冻剂和早强型泵送剂等。这些种类的早强型外加剂都已经在实际工程中使用，在改善混凝土性能、提高施工效率和节约投资成本方面发挥了重要作用。虽然，以无机类、有机类为主的早强剂多年来应用普遍，但存在诸多弊端，常引起混凝土工作性及耐久性的降低，如三乙醇胺类早强剂用量不宜控制，且过掺易造成超缓凝或快凝；含氯早强剂易引起钢筋腐蚀，钢筋混凝土工程禁用含氯早强剂；硫酸盐类或亚硝酸盐类早强剂易导致混凝土的抗渗性和耐久性降低。

发明内容

本发明为了解决现有早强剂存在的引起混凝土后期强度及耐久性降低等弊端，提供了一种石墨烯基纳米晶核类早强剂及其制备方法。

本发明由如下技术方案实现的：一种石墨烯基纳米晶核类早强剂，简称nanoC-S-H@GO，以硝酸钙为Ca源，硅酸钠为Si源，室温下通过原位沉淀反应将C-S-H纳米晶核负载于氧化石墨烯上，得到nanoC-S-H@GO；其中，Ca与Si的摩尔比为1:1-1:3，氧化石墨烯即GO占nanoC-S-H@GO总质量的0.3%~1%。nanoC-S-H@GO中，C-S-H@GO即水化硅酸钙和氧化石墨烯所组成的复合纳米晶粒，组成不定的非化学计量化合物，用(CaO)_x·SiO₂(H₂O)_y@GO表示，x、y是可变的。

石墨烯基纳米晶核类早强剂的制备方法包括如下步骤：

（1）采用Hummer法制备氧化石墨烯水溶胶即GO水溶胶，其浓度为16.4mg/ml；

（2）按比例分别称取硝酸钙和硅酸钠，先将硝酸钙和步骤（1）中所制备的GO水溶胶溶解于水中制成均匀无颗粒的棕色水溶胶，将硅酸钠溶于水中，在150~300转/分的搅拌速度下，将硅酸钠水溶液滴加到硝酸钙和GO的棕色水溶胶中，滴加时间为3~5小时，滴加结束后继续搅拌反应1-2小时，即可得到石墨烯基纳米晶核类早强剂溶胶。

所述Hummer法制备氧化石墨烯水溶胶即GO水溶胶的具体方法为：

A.预氧化石墨粉的制备：将5g石墨粉加入到12ml浓H₂SO₄、2.5g K₂S₂O₄、2.5g P₂O₅的混合溶液中，然后将其置于80℃水浴锅内反应6h，用去离子水洗涤至中性，干燥，得到预氧化的石墨粉；