[发明专利]一种改进的热膨胀石墨烯材料及其在水泥中的应用

说明书

本发明公开了一种改进的热膨胀石墨烯材料及其在水泥中的应用，该热膨胀石墨烯材料的制备方法包括以下步骤：将石墨、硝酸钠、高锰酸钾加入反应容器中，逐滴加入浓硫酸，冰水浴搅拌过程中缓慢滴入去离子水，反应3小时后反应容器内的溶液由黑绿色变成亮黄色，对其进行水洗过滤，真空干燥后得到石墨烯前驱体；向高温管式炉通入流动的氩气并升温至800‑1500℃，取石墨烯前驱体放到管式炉正中间受热，石墨烯前驱体迅速膨胀开生成热膨胀石墨烯，30秒后其不再膨胀，收集热膨胀石墨烯材料。石墨烯具有独特的物理化学性能，本发明将热膨胀石墨烯纳米材料应用于水泥基材料，能显著提高水泥基材料的强度、降低水化热，有效提高了水泥基材料的性能。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种改进的热膨胀石墨烯材料及其在水泥中的应用。

背景技术

水泥仍然是当今建筑施工中最为廉价、应用最为广泛的建筑材料。然而，随着我国不断兴建高层、超高层建筑，修建跨海、跨河大桥以及海底隧道等工程，传统的水泥基材料暴露出越来越多的问题。

在推进水泥基材料向高强高性能化、绿色环保化、高耐久和智能化方面发展过程中，首要解决的问题就是改善水泥基材料的抗拉强度低、韧性差、渗透性差等缺陷。

石墨烯独特的能带结构和电子输运特性以及优异的力学、电化学、热学性能，使其成为增强水泥基材料抗拉强度、韧性和电化学性能的重要材料。凭借其在基体中的体积效应、表面效应、填充效应，石墨烯在改善水泥基材料的抗拉强度、韧性、渗透性以及耐久性等方面展现出良好的应用前景。

国家专利CN 108675667A公开了一种制备混凝土用石墨烯纳米水性浆料的装置及方法，将可膨胀石墨置于高温电加热膨胀炉内经碳化硅加热棒加热至950℃进行膨胀，得到膨胀的石墨蠕虫，并通过空气泵吹入反应釜内。将双氧水与反应釜内的石墨蠕虫喷雾混合氧化，得到亲水型石墨蠕虫；将氨丙基三甲氧基硅烷水溶液通过喷雾进料机构与亲水型石墨蠕虫喷雾混合，反应得到改性石墨蠕虫；加入氨基磺酸盐系高效减水剂和粉煤灰(平均粒径9μm)，得改性石墨蠕虫浆料；调节反应釜的搅拌机构使改性石墨蠕虫浆料从出料口排出，通过浆料泵并入高速分散机进行分散剥离，剥离后的改性石墨蠕虫浆料回到反应釜的上部，循环剥离至改性石墨蠕虫浆料的平均粒径＜40μm后，开启出料阀门接料，即得混凝土用石墨烯纳米水性浆料。

但是该方法通过高温炉将石墨直接膨胀，存在石墨高温与空气中的氧气直接反应生成二氧化碳的可能，会导致最后石墨烯产品产率极低，且操作过程过于复杂，方法缺陷性明显。石墨直接高温处理再酸化的方法制备石墨烯产率极低，限制了其在水泥基材料中的大规模应用。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种改进的热膨胀石墨烯材料的制备方法，该方法将石墨先酸化然后再在惰性气体保护氛围中高温热处理制备出膨胀石墨烯纳米材料的方法，避免石墨直接高温处理，解决石墨高温氧化、石墨烯产率低的问题。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制得的热膨胀石墨烯材料。

本发明的再一目的在于提供上述的热膨胀石墨烯材料在水泥中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种热膨胀石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将50-90份石墨、10-50份硝酸钠、10-50份高锰酸钾加入反应容器中，逐滴加入1-5份浓硫酸，冰水浴持续搅拌保持混合物温度低于50℃，搅拌过程中缓慢滴入10-50份去离子水，反应3小时后反应容器内的溶液由黑绿色变成亮黄色，对其进行水洗过滤，真空干燥后得到石墨烯前驱体；

所述的份数是重量份；

所述的真空干燥是在100℃进行；