本發(fā)明涉及建筑混凝土，具體是一種三維石墨烯增強混凝土及其制備方法。

背景技術：

1、近年來，無論是公路、橋梁、水壩還是高層建筑的建設，都呈現(xiàn)出如火如荼的繁榮景象?；炷?，以其成本效益高、材料來源廣泛、綜合物理性能優(yōu)越以及能夠根據(jù)工程需求靈活設計等優(yōu)勢，在各類工程建設項目中得到了廣泛應用。

2、隨著混凝土應用需求的日益增長，特別是在一些特殊或惡劣環(huán)境下的應用，對混凝土結構的整體性能和耐久性提出了更高的要求?，F(xiàn)代混凝土不僅要承擔自身重量，還需抵御風載、地震載荷、車輛載荷等多種荷載。因此，研究和開發(fā)高性能混凝土變得尤為關鍵，這不僅能夠提升工程的安全性和可靠性，也是推動建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

3、在混凝土中添加石墨烯，是現(xiàn)代高性能混凝土的發(fā)展方向之一，石墨烯具有非常多的特性，比如能夠增強混凝土的強度，再比如石墨烯因其獨特的導電性能，能夠讓混凝土進行導電，導電混凝土的優(yōu)勢在于其能夠響應并傳輸電信號，這使得混凝土結構能夠實現(xiàn)自我監(jiān)測，及時檢測內部損傷和環(huán)境變化。但是普通石墨烯因為π-π鍵和范德華力賦予其穩(wěn)定性，但同時也導致它們傾向于團聚和堆疊，限制了在混凝土中的應用。

4、為此，針對上述背景技術中提出的問題，本領域技術人員提出一種以三維石墨烯為基礎，配合上聚吡咯和改性硅灰制備而成的三維石墨烯增強混凝土。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種三維石墨烯增強混凝土及其制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一種三維石墨烯增強混凝土，包括如下組份：

4、煤矸石325-480份、砂子242-328份、粉煤灰48-75份、石膏5-11份、硅酸鹽水泥110-186份、熟石灰8-16份、減水劑6-20份、改性三維石墨烯5-18份和水210-290份；

5、所述改性三維石墨烯包括改性硅灰、氧化石墨烯和吡咯，其具體制備方法包括如下步驟：

6、s101、將氧化石墨烯分散到丙醇與去離子水的混合溶液中，然后加入水合肼，水熱反應12-24h，反應溫度為170-220℃，反應完成之后得到三維石墨烯水凝膠；

7、s102、向步驟s101中的三維石墨烯水凝膠中加入吡咯的乙醇溶液，共混1-2h之后，然后加入三氯化鐵，繼續(xù)水熱反應6-8h，反應溫度160-240℃，得到三維石墨烯-聚吡咯水凝膠；

8、s103、將步驟s102中獲得的三維石墨烯-聚吡咯水凝膠在氬氣氣氛下熱處理2-4h，熱處理溫度為450-600℃，得到三維石墨烯-聚吡咯氣凝膠；

9、s104、將改性硅灰分散到去離子水中，加入苯磺酸鈉，然后加入步驟s103獲得的三維石墨烯-聚吡咯氣凝膠，向去離子水中通入氮氣，攪拌混合12-18h后過濾，去離子水清洗并低溫干燥過濾產物得到改性三維石墨烯；

10、所述改性硅灰的制備方法包括如下步驟：

11、s201、將硅灰通過高能球磨機進行球磨，制備得到粒徑小于10nm的硅灰；

12、s202、將步驟s201球磨之后的硅灰進行高溫煅燒，煅燒溫度為600-800℃，并保溫4-6h后冷卻到室溫；

13、s203、將γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入乙醇和去離子水的混合溶液中，然后加入煅燒冷卻后的硅灰，混合攪拌10-16h后過濾通過去離子水洗滌，得到改性硅灰。

14、進一步的，所述步驟s101中氧化石墨烯、水合肼、丙醇和去離子水之間的質量比為1:(1-3):(20-30):(25-40)。

15、進一步的，所述步驟s102中吡咯的乙醇溶液中吡咯與乙醇之間的質量比為1:10，三氯化鐵與吡咯的乙醇溶液之間的質量比為1:(6-15)。

16、進一步的，所述步驟s101中氧化石墨烯與步驟s102中吡咯的乙醇溶液之間的質量比為1:(30-50)。

17、進一步的，所述步驟s104中改性硅灰、苯磺酸鈉和去離子水的質量與步驟s102中吡咯的乙醇溶液之間的質量比為1:(6-8):(50-80):(35-45)。

18、進一步的，所述步驟s203中γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、煅燒冷卻后的硅灰、乙醇和去離子水之間的質量比為1:(0.5-2):(30-40):(30-40)。

19、一種制備如上述三維石墨烯增強混凝土的方法，其特征在于，包括如下步驟：

20、s1、將煤矸石和砂子分別進行破碎研磨，使煤矸石的粒徑大小范圍在10-30mm，使砂子的粒徑大小范圍在1-5mm；

21、s2、將改性三維石墨烯放入到水中，攪拌混合均勻，然后依次加入煤矸石、砂子、粉煤灰、石膏、硅酸鹽水泥、熟石灰和減水劑，繼續(xù)攪拌混合均勻得到三維石墨烯增強混凝土。

22、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

23、1.本發(fā)明的成分組成包括其中煤矸石、粉煤灰、石膏等常見固廢，對固廢進行資源化利用，有效減小環(huán)境壓力；

24、2.本發(fā)明通過添加三維石墨烯，能夠提高混凝土的整體強度和導電能力，聚吡咯和改性硅灰的添加進一步提高了混凝土的強度；

25、3.本發(fā)明中改性硅灰和聚吡咯的結合，利于三維石墨烯在混凝土體系中分散，制備出的混凝土導電均勻，并且均勻分布的三維石墨烯也能進一步提高混凝土強度。

技術特征：

1.一種三維石墨烯增強混凝土，其特征在于，包括如下組份：

2.根據(jù)權利要求1所述的三維石墨烯增強混凝土，其特征在于，所述步驟s101中氧化石墨烯、水合肼、丙醇和去離子水之間的質量比為1:(1-3):(20-30):(25-40)。

3.根據(jù)權利要求1所述的三維石墨烯增強混凝土，其特征在于，所述步驟s102中吡咯的乙醇溶液中吡咯與乙醇之間的質量比為1:10，三氯化鐵與吡咯的乙醇溶液之間的質量比為1:(6-15)。

4.根據(jù)權利要求1所述的三維石墨烯增強混凝土，其特征在于，所述步驟s101中氧化石墨烯與步驟s102中吡咯的乙醇溶液之間的質量比為1:(30-50)。

5.根據(jù)權利要求1所述的三維石墨烯增強混凝土，其特征在于，所述步驟s104中改性硅灰、苯磺酸鈉和去離子水的質量與步驟s102中吡咯的乙醇溶液之間的質量比為1:(6-8):(50-80):(35-45)。

6.根據(jù)權利要求1所述的三維石墨烯增強混凝土，其特征在于，所述步驟s203中γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、煅燒冷卻后的硅灰、乙醇和去離子水之間的質量比為1:(0.5-2):(30-40):(30-40)。

7.一種如權利要求1-6任意一項所述的三維石墨烯增強混凝土的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術總結
本發(fā)明涉及建筑混凝土技術領域，具體是一種三維石墨烯增強混凝土及其制備方法，包括如下組份：煤矸石325?480份、砂子242?328份、粉煤灰48?75份、石膏5?11份、硅酸鹽水泥110?186份、熟石灰8?16份、減水劑6?20份、改性三維石墨烯5?18份和水210?290份。本發(fā)明制備的添加的改性三維石墨烯混凝土，能夠有效提高混凝土的整體強度，同時改性三維石墨烯在混凝土材料中分散均勻，能夠進一步提高混凝土的導電性能和強度。

技術研發(fā)人員：姜慶偉,桂前豐,馮晶,嚴光茂,汪俊,許鑫,林惠志,張瀟,普熙涵,馬靜,丁云航,楊朝
受保護的技術使用者：昆明理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9