一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法
阅读说明：本技术 一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法 (Graphene oxide modified recycled concrete and preparation method thereof ) 是由 刘裕 暴宁钟 李东旭 王凯 刘明乐 宫燨宝 于 2021-11-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法,包括200-230份硅酸盐水泥、1100-1250份再生骨料、20-35份氧化石墨烯、10-20份乙烯基三乙氧基硅烷、3-5份双氧水、0.2-0.5份氢氧化钠、1.5-4.5份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂和150-180份水。其中的制备本发明的氧化石墨烯改性再生混凝土的方法包括：包括以下步骤：a、将0.5-1.5份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂、3-5份双氧水、0.2-0.5份氢氧化钠和50-100份水倒入搅拌机混匀,再加入1100-1250份再生骨料搅拌15-30秒；b、将20-35份氧化石墨烯、10-20份乙烯基三乙氧基硅烷和50-75份水搅拌均匀加入搅拌机后搅拌15-30秒,再加入200-230份硅酸盐水泥搅拌30-50秒；c、将1-3份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂和50-80份水搅拌均匀后加入搅拌机,再搅拌60-120秒。(The invention discloses graphene oxide modified recycled concrete and a preparation method thereof, wherein the graphene oxide modified recycled concrete comprises 230 portions of 200-1250 portions of silicate cement, 20-35 portions of graphene oxide, 10-20 portions of vinyl triethoxysilane, 3-5 portions of hydrogen peroxide, 0.2-0.5 portion of sodium hydroxide, 1.5-4.5 portions of graphene oxide modified polycarboxylic acid water reducer and 180 portions of 150-180 portions of water. The method for preparing the graphene oxide modified recycled concrete comprises the following steps: the method comprises the following steps: a. pouring 0.5-1.5 parts of graphene oxide modified polycarboxylic acid water reducing agent, 3-5 parts of hydrogen peroxide, 0.2-0.5 part of sodium hydroxide and 50-100 parts of water into a stirrer for uniformly mixing, and then adding 1100-1250 parts of recycled aggregate and stirring for 15-30 seconds; b. uniformly stirring 20-35 parts of graphene oxide, 10-20 parts of vinyl triethoxysilane and 50-75 parts of water, adding the mixture into a stirrer, stirring for 15-30 seconds, adding 200-230 parts of portland cement, and stirring for 30-50 seconds; c. and (2) uniformly stirring 1-3 parts of graphene oxide modified polycarboxylic acid water reducing agent and 50-80 parts of water, adding into a stirrer, and stirring for 60-120 seconds.)
技术领域
本发明属于建筑材料领域，与再生混凝土有关，尤指一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法。
背景技术
随着我国城镇化进程不断加快，旧建筑的拆迁、房屋改造及新建筑的修建都将产生大量建筑垃圾。如今持续增加的建筑垃圾产量已达城市垃圾的30％～40％，而我国对建筑垃圾的利用率不足5％。堆积的建筑垃圾不仅占据大量的土地，且破坏土壤结构，造成地表沉降，影响空气和水的质量，还给环境带来严重后果，因此建筑垃圾的资源化是许多业界人士的共同奋斗目标。
目前，建筑垃圾资源化途径主要集中在再生粗/细骨料方面。已有研究表明，再生水泥基复合材料的断裂处发生在轻骨料和胶凝材料的界面交界处，再生混凝土、再生砂浆的力学性能和耐久性能随着再生骨料替代率的增加而降低，氧化石墨烯作为纳米材料发展的主要代表之一，由于在水中具有很好的分散性及独特的物理性能，使其在水泥基复合材料中得到广泛应用。
然而目前的再生混凝土存在骨料和水泥颗粒间的摩擦阻力大、孔径较粗及再生水泥基复合材料的力学性能不够稳定，其中，再生骨料主要为少量剥离砂浆的石子、部分包裹砂浆的石子和少量独立成块的水泥砂浆。废旧混凝土在破碎过程中受到较大外力作用在骨料内部会出现大量微细裂缝和水泥砂浆的表面粗糙、棱角，使得再生骨料的表观密度可低至天然骨料的85％，吸水率高达天然骨料的6-8倍，从而造成再生混凝土结构致密度低，力学和耐久性能差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法。
根据本发明的一个方面，为了实现上述目的，本发明的氧化石墨烯改性再生混凝土采用了以下技术方案构成：包括200-230份硅酸盐水泥、1100-1250份再生骨料、20-35份氧化石墨烯、10-20份乙烯基三乙氧基硅烷、3-5份双氧水、0.2-0.5份氢氧化钠、1.5-4.5份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂和150-180份水。
根据本发明的另外一个方面，制备本发明的氧化石墨烯改性再生混凝土的方法包括：包括以下步骤：
a、将0.5-1.5份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂、3-5份双氧水、0.2-0.5份氢氧化钠和50-100份水倒入搅拌机混匀，再加入1100-1250份再生骨料搅拌15-30秒；
b、将20-35份氧化石墨烯、10-20份乙烯基三乙氧基硅烷和50-75份水搅拌均匀加入搅拌机后搅拌15-30秒，再加入200-230份硅酸盐水泥搅拌30-50秒；
c、将1-3份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂和50-80份水搅拌均匀后加入搅拌机，再搅拌60-120秒。
上述的氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂的制备步骤为：
a、称量1000份氧化石墨烯，超声2h后置于反应釜中搅拌，水浴加热至70℃；再称取4份乙烯基三乙氧基硅烷反应2小时，制得偶联剂接枝氧化石墨烯；
b、按质量比称取烯丙基聚氧乙烯醚300-400份和双氧水2-3份，与(1)中得到的偶联剂接枝氧化石墨烯100-300份，依次加入四口烧瓶中，控制反应温度为60℃，在300r/min转速下搅拌2h；
c、再加入按质量比称取的丙烯酸15-25份、丙烯酸羟乙酯40-60份，滴加时间控制在2～2.5h内；继续滴加按质量比称取的抗坏血酸1-3份、巯基乙酸1.5-3.5份和水90-120份，滴加时间控制在2.5～3h内；
d、滴加5mol/L氢氧化钠溶液，并中和补水150-300份。调节PH值至6.8～7.2，混合均匀，即得到氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂。
由于采用了上述技术方案，与现有的再生混凝土相比具有以下优势：(1)再生骨料因表面粗糙和多孔结构造成再生混凝土需水量大，尤其在搅拌成型过程中，大量自由水吸附于再生骨料孔隙，从而造成界面过渡区厚，性能差。氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂中的阴离子的聚电解质主链和非离子型侧链组成的梳状结构吸附于再生骨料孔隙内表面。在氢氧化钠溶解的碱性环境激发下双氧水发泡，由于气泡界面的电荷层使其附着于减水剂外层，从而减少了孔隙填充水，减薄界面过渡区，从而提高混凝土的性能。(2)乙烯基三乙氧基硅烷附着于气泡的电荷层，与减水剂侧链形成偶联压力，将双氧水发泡尺寸控制在微纳米级，能有效改善水泥浆体流动性，降低需水量。同时，乙烯基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯的缩合体中氧化石墨烯作为晶种促进水化产物聚集于气泡外层，进而调整了硬化体内部的微观结构，减薄界面过渡区。(3)乙烯基三乙氧基硅烷在水溶液中水解，生成硅醇，硅醇与氧化石墨烯表面的羟基发生脱水缩合反应，进而生成-Si-O-C-，使乙烯基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯产生稳定的共价连接，从而改善氧化石墨烯在水泥浆体中的分散性。(4)本发明提供的氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂不但因为纳米氧化石墨烯改性了聚羧酸减水剂的空间结构进而增强了减水效果，而且因为硅烷偶联剂在水溶液中水解生成硅醇，硅醇与GO表面的羟基发生脱水缩合反应，进而生成-Si-O-C-，使偶联剂与GO产生稳定的共价连接。进而将聚羧酸分子接枝在GO分子上，达到增强GO分散能力的效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明公开了一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法：
实施例1
一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法：(1)称量1000份氧化石墨烯，超声2h后置于反应釜中搅拌，水浴加热至70℃；再称取4份乙烯基三乙氧基硅烷(必要时加入10ml无水乙醇助溶)，反应2小时，制得偶联剂接枝氧化石墨烯。
(2)按质量比称取HPEG烯丙基聚氧乙烯醚300份和双氧水2份，与(1)中得到的偶联剂接枝氧化石墨烯100份，依次加入四口烧瓶中，控制反应温度为60℃，在300r/min转速下搅拌2h,；
(3)再加入按质量比称取的AA丙烯酸15份、HEA丙烯酸羟乙酯40份，滴加时间控制在2h内；继续滴加按质量比称取的VC抗坏血酸1份、TGA巯基乙酸1.5份和水90份，滴加时间控制在2.5内；
(4)滴加5mol/L氢氧化钠溶液，并中和补水150份。调节PH值至6.8，混合均匀，即得到氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂。
(5)将0.5份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂、3份双氧水、0.2份氢氧化钠和50份水倒入搅拌机混匀，再加入1100份再生骨料搅拌15秒；
(6)将20份氧化石墨烯、10份乙烯基三乙氧基硅烷和50份水搅拌均匀加入搅拌机后搅拌15秒，再加入200份硅酸盐水泥搅拌30秒；
(7)将1份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂和50份水搅拌均匀后加入搅拌机，再搅拌6秒。
实施例2
一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法：(1)称量1000份氧化石墨烯，超声2h后置于反应釜中搅拌，水浴加热至70℃；再称取4份乙烯基三乙氧基硅烷(必要时加入10ml无水乙醇助溶)，反应2小时，制得偶联剂接枝氧化石墨烯。
(2)按质量比称取HPEG烯丙基聚氧乙烯醚400份和双氧水2-3份，与(1)中得到的偶联剂接枝氧化石墨烯300份，依次加入四口烧瓶中，控制反应温度为60℃，在300r/min转速下搅拌2h；
(3)再加入按质量比称取的AA丙烯酸25份、HEA丙烯酸羟乙酯60份，滴加时间控制在2.5h内；继续滴加按质量比称取的VC抗坏血酸3份、TGA巯基乙酸3.5份和水120份，滴加时间控制在3h内；
(4)滴加5mol/L氢氧化钠溶液，并中和补水300份。调节PH值至7.2，混合均匀，即得到氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂。
(5)将1.5份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂、5份双氧水、0.5份氢氧化钠和100份水倒入搅拌机混匀，再加入1250份再生骨料搅拌30秒；
(6)将35份氧化石墨烯、20份乙烯基三乙氧基硅烷和75份水搅拌均匀加入搅拌机后搅拌30秒，再加入230份硅酸盐水泥搅拌50秒；
(7)将3份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂和80份水搅拌均匀后加入搅拌机，再搅拌120秒。
实施例3
一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法：(1)称量1000份氧化石墨烯，超声2h后置于反应釜中搅拌，水浴加热至70℃；再称取4份乙烯基三乙氧基硅烷(必要时加入10ml无水乙醇助溶)，反应2小时，制得偶联剂接枝氧化石墨烯。
(2)按质量比称取HPEG烯丙基聚氧乙烯醚360份和双氧水2.2份，与(1)中得到的偶联剂接枝氧化石墨烯210份，依次加入四口烧瓶中，控制反应温度为60℃，在300r/min转速下搅拌2h；
(3)再加入按质量比称取的AA丙烯酸21份、HEA丙烯酸羟乙酯52份，滴加时间控制在2.2h内；继续滴加按质量比称取的VC抗坏血酸1.8份、TGA巯基乙酸2.2份和水100份，滴加时间控制在2.8h内；
(4)滴加5mol/L氢氧化钠溶液，并中和补水210份。调节PH值至7.0，混合均匀，即得到氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂。
(5)将0.9份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂、3.8份双氧水、0.3份氢氧化钠和80份水倒入搅拌机混匀，再加入1190份再生骨料搅拌20秒；
(6)将30份氧化石墨烯、18份乙烯基三乙氧基硅烷和65份水搅拌均匀加入搅拌机后搅拌20秒，再加入210份硅酸盐水泥搅拌40秒；
(7)将2份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂和70份水搅拌均匀后加入搅拌机，再搅拌90秒。
对比例1
一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法：
(1)将0.9份聚羧酸减水剂、3.8份双氧水、0.3份氢氧化钠和80份水倒入搅拌机混匀，再加入1190份再生骨料搅拌20秒；
(2)将30份氧化石墨烯、18份乙烯基三乙氧基硅烷和65份水搅拌均匀加入搅拌机后搅拌20秒，再加入210份硅酸盐水泥搅拌40秒；
(3)将2份聚羧酸减水剂和70份水搅拌均匀后加入搅拌机，再搅拌90秒。
对比例2
一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法：(1)称量1000份氧化石墨烯，超声2h后置于反应釜中搅拌，水浴加热至70℃；再称取4份乙烯基三乙氧基硅烷(必要时加入10ml无水乙醇助溶)，反应2小时，制得偶联剂接枝氧化石墨烯。
(2)按质量比称取HPEG烯丙基聚氧乙烯醚360份和双氧水2.2份，与(1)中得到的偶联剂接枝氧化石墨烯210份，依次加入四口烧瓶中，控制反应温度为60℃，在300r/min转速下搅拌2h,；
(3)再加入按质量比称取的AA丙烯酸21份、HEA丙烯酸羟乙酯52份，滴加时间控制在2.2h内；继续滴加按质量比称取的VC抗坏血酸1.8份、TGA巯基乙酸2.2份和水100份，滴加时间控制在2.8h内；
(4)滴加5mol/L氢氧化钠溶液，并中和补水210份。调节PH值至7.0，混合均匀，即得到氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂。
(5)将0.9份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂、0.3份氢氧化钠和80份水倒入搅拌机混匀，再加入1190份再生骨料搅拌20秒；
(6)将30份氧化石墨烯、18份乙烯基三乙氧基硅烷和65份水搅拌均匀加入搅拌机后搅拌20秒，再加入210份硅酸盐水泥搅拌40秒；
(7)将2份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂和70份水搅拌均匀后加入搅拌机，再搅拌90秒。
对比例3
一种氧化石墨烯改性再生混凝土及其制备方法：(1)称量1000份氧化石墨烯，超声2h后置于反应釜中搅拌，水浴加热至70℃；再称取4份乙烯基三乙氧基硅烷(必要时加入10ml无水乙醇助溶)，反应2小时，制得偶联剂接枝氧化石墨烯。
(2)按质量比称取HPEG烯丙基聚氧乙烯醚360份和双氧水2.2份，与(1)中得到的偶联剂接枝氧化石墨烯210份，依次加入四口烧瓶中，控制反应温度为60℃，在300r/min转速下搅拌2h；
(3)再加入按质量比称取的AA丙烯酸21份、HEA丙烯酸羟乙酯52份，滴加时间控制在2.2h内；继续滴加按质量比称取的VC抗坏血酸1.8份、TGA巯基乙酸2.2份和水100份，滴加时间控制在2.8h内；
(4)滴加5mol/L氢氧化钠溶液，并中和补水210份。调节PH值至7.0，混合均匀，即得到氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂。
(5)将0.9份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂、3.8份双氧水、0.3份氢氧化钠和80份水倒入搅拌机混匀，再加入1190份再生骨料搅拌20秒；
(6)将30份氧化石墨烯和65份水搅拌均匀加入搅拌机后搅拌20秒，再加入210份硅酸盐水泥搅拌40秒；
(7)将2份氧化石墨烯改性聚羧酸减水剂和70份水搅拌均匀后加入搅拌机，再搅拌90秒。根据《GB50164-2011混凝土质量控制标准》测定混凝土抗压强度和坍落度。
表1混凝土性能
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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