[发明专利]一种纳米改性氧化石墨烯及其组合物、混凝土抗裂增韧外加剂、制备方法与应用

说明书

本发明涉及混凝土抗裂增韧剂技术领域，具体公开一种纳米改性氧化石墨烯混凝土抗裂增韧剂及其制备方法与应用。所述抗裂增韧剂包括氧化石墨烯以及结合在其表面的氢氧化铟晶体颗粒，且所述氢氧化铟晶体颗粒通过氧化石墨烯表面的官能团结合在氧化石墨烯上。以重量份计，所述抗裂增韧剂原料组成包括如下组分：氧化石墨烯分散液40～70份、铟源0.1～5份、尿素0.1～30份、柠檬酸盐0.1～30份。本发明在高温高压的条件下利用在氧化石墨烯表面含氧官能团位置原位结晶生成氢氧化铟，实现了对研发化石墨烯的修饰和改性，得到改性氧化石墨烯显著提高了混凝土的力学性能。

技术领域

本发明涉及混凝土抗裂增韧剂技术领域，具体涉及一种纳米改性氧化石墨烯及其组合物、混凝土抗裂增韧外加剂、制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

水泥基复合材料因原料丰富，强度高、可塑性好、成本低、产量高等一系列的优点，这使它在基础设施领域无可替代，但是脆性大易开裂的问题制约着其使用寿命。现有的增强水泥基复合材料抗裂韧性的方式主要包括引入纤维以提高其断裂韧性。但是这些纤维类材料的引入只能抑制微米或者宏观裂纹的扩展，并不能解决纳米裂纹的萌生与扩展。此外，由于纤维没有活性并不能促进水泥水化。

氧化石墨烯是一种典型的层状二维纳米材料，表面存在大量的含氧官能团(羟基和羧基)，这使其易溶于水。此外，氧化石墨烯具有非常优异的力学性能(拉伸强度130MPa，弹性模量32GPa)以及超大的比表面积(约2600m²/g)，这使其在提升水泥基复合材料韧性具有巨大潜力。然而，单纯的氧化石墨烯在混凝土中容易造成应力集中，导致水泥硬化浆体发生缺陷。此外，由于氧化石墨烯表面光滑与水泥基体的结合力较弱，这也大大限制了氧化石墨烯在水泥基复合材料中的应用。

发明内容

本发明提供一种纳米改性氧化石墨烯及其组合物、混凝土抗裂增韧外加剂、制备方法与应用，该外加剂显著提高了氧化石墨烯的表面粗糙度，使氧化石墨烯与水泥基体能够牢固地结合在一起，改善了混凝土的力学性能。为实现上述目的，具体地，本发明的技术方案如下所示。

本发明第一方面，提供一种纳米改性氧化石墨烯，其包括氧化石墨烯以及结合在其表面的氢氧化铟晶体颗粒(In(OH)₃)，且所述氢氧化铟晶体颗粒通过氧化石墨烯表面的官能团结合在氧化石墨烯上。

进一步地，所述官能团为含氧，其主要包括：羟基(-OH)、羧基(-COOH)中的至少一种。

进一步地，以所述氧化石墨烯质为计算基准，所述氢氧化铟的负载量为0.6～71.4％，质量百分数。

进一步地，所述氧化石墨烯表面还负载有氢氧化铝晶体颗粒(Al(OH)₃)，即氧化石墨烯上同时负载有氢氧化铟和氢氧化铝晶体颗粒，两者可协同更好地改善混凝土的性能。

本发明第二方面，提供一种混凝土抗裂增韧外加剂，其包括分散在水相中的所述纳米改性氧化石墨烯。

进一步地，所述混凝土抗裂增韧外加剂中，纳米改性氧化石墨烯的质量百分数为10～20％。

本发明第三方面，提供一种纳米改性氧化石墨烯组合物，以重量份计，该组合物的原料组成包括：氧化石墨烯分散液40～70份、铟源0.1～5份、尿素0.1～30份、还原剂0.1～30份。

进一步地，所述组合物中还包括铝源0.1～5重量份，其和铟源共同形成的氢氧化物颗粒负载在氧化石墨烯表面，两者协同更好地改善混凝土的性能。另外，由上述组合物得到的纳米改性氧化石墨烯中残留的尿素会抑制水泥水化，而加入铝源有助于克服上述问题。

进一步地，所述铝源包括：氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、醋酸铝等中的至少一种。