一种石墨烯增强透水砖及其制备方法 |
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申请号 | CN201710349354.0 | 申请日 | 2017-05-17 | 公开(公告)号 | CN107235679A | 公开(公告)日 | 2017-10-10 |
申请人 | 常州第六元素材料科技股份有限公司; | 发明人 | 赖健平; 郑雅轩; 张娟娟; 蒋晓峰; 瞿研; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种 石墨 烯增强透 水 砖,包括底层和 面层 两个部分,其特征在于:所述底层部分中,按重量份计,至少包括: 水泥 16~18份、细砂18~22份、石渣50~60份、水5~6.5份;所述面层部分中,按重量份计,至少包括: 石英 砂65~80份、水泥15~20份、水5~6.5份;且所述底层部分和面层部分均掺有 石墨烯 碳 材,所述石墨烯碳材为石墨烯和 氧 化石墨烯。本发明将石墨烯处理后作为一种新型添加剂引入透水砖,其能够随着水均匀地分散在胶凝材料体系,石墨烯 片层 具有极大的 比表面积 和较大的刚性,加上片层之间的范德华 力 、片层与水泥颗粒的相互作用,可以很好地稳定胶凝体系,减少开裂、脱落等现象,增强胶凝体系的胶凝效果,进而提高了透水砖整体的强度。 | ||||||
权利要求 | 1.一种石墨烯增强透水砖,包括底层和面层两个部分,其特征在于:所述底层部分中,按重量份计,至少包括:水泥16~18份、细砂18~22份、石渣50~60份、水5~6.5份;所述面层部分中,按重量份计,至少包括:石英砂65~80份、水泥15~20份、水5~6.5份;且所述底层部分和面层部分均掺有石墨烯碳材,所述石墨烯碳材为石墨烯和氧化石墨烯。 |
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说明书全文 | 一种石墨烯增强透水砖及其制备方法技术领域背景技术[0002] 透水砖起源于荷兰,随着城市人口的增多,地下水资源日渐稀少,部分地区下陷进而引发海水倒灌,为了使雨水能及时补充地下水,荷兰人制造了一种100mm×200mm×60mm的小型路面砖铺设在街道路面上,并使砖与砖之间预留了2mm的缝隙,这样下雨时雨水会从砖之间的缝隙中渗入地下,这就是有名的荷兰砖。时间进入21世纪,国内城市化进程加快,众多城市面临着地下水枯竭的风险。为了实现城镇化与自然资源环境的协调发展,保护城市水生态系统,减少雨水灾害,开发雨水资源,海绵城市建设(又称为低影响开发,LID)作为新的城市建设理念被提出来。海绵城市能够像一块海绵一样,将雨水吸收储存,对其循环利用,并降低初期大流量雨水径流的污染,面对自然灾害和环境变化时能够弹性适应。然而,透水砖透水性与强度之间的矛盾始终无法很好的解决,现有技术如采用高强度水泥,采用烧结砂、钢渣、粉煤灰和黏土、陶瓷废料、废玻璃等新骨料,采用聚合物纤维等增强,采用高分子胶黏剂、选用高强度等级水泥等强化胶凝效果,这些方法都起到了一定改善强度的作用,但也出现了烧结过程能耗高、成本增加、返修率高等问题。 [0003] 石墨烯是一种新型二维纳米碳材料,具有超薄的厚度、超硬的强度、极大的比表面积、高的热导率和优异的电学性能,最近几年随着制备工艺的不断进步,石墨烯逐渐进入人们的生活,在复合材料、有机高分子、无机建筑建材等领域已获得广泛关注和研究。 发明内容[0004] 本发明的目的在于针对上述问题,提供一种石墨烯添加量小、性能更加优越的石墨烯增强透水砖; [0005] 本发明的另一目的是提供上述透水砖的制备方法。 [0006] 本发明的目的通过以下技术方案来具体实现: [0007] 一种石墨烯增强透水砖,包括底层和面层两个部分,所述底层部分中,按重量份计,至少包括:水泥16~18份、细砂18~22份、石渣50~60份、水5~6.5份;所述面层部分中,按重量份计,至少包括:石英砂65~80份、水泥15~20份、水5~6.5份;且所述底层部分和面层部分均掺有石墨烯碳材,所述石墨烯碳材为石墨烯和氧化石墨烯。 [0008] 本发明的一个方面,按照相对于水泥的质量分数计,所述底层部分中还掺有石墨烯碳材0.05~0.2%,所述面层部分中还掺有石墨烯碳材0.01~0.2%。 [0009] 作为优选方案,上述的石墨烯增强透水砖,所述底层部分中,按质量百分比计,至少包括:石渣57.7份、细砂20份、水泥17份、水5.3份;所述面层部分中,至少包括:石英砂77.7份、水泥17份、水5.3份;其中,按照相对于水泥的质量分数计,所述底层部分中掺有石墨烯碳材0.05%,所述面层部分中还掺有石墨烯碳材0.1%。 [0010] 优选地,所述石墨烯碳材为石墨烯和氧化石墨烯按1:4质量比的混合。 [0011] 进一步优选的,所述底层和面层的厚度为11:1。 [0013] 本发明的一个方面,所述细砂粒径为200~500目的河砂或黄砂。 [0014] 本发明的一个方面,所述石渣粒径为3~20mm的石米。 [0015] 本发明的一个方面,所述石英砂为5~220目普通石英砂。 [0016] 本发明的一个方面,氧化石墨烯是石墨经过改进Hummers法制得,碳含量为47±5wt%,石墨烯是该氧化石墨烯通过高温还原得到,D50≤10μm。 [0017] 上述的石墨烯增强透水砖的制备方法,包括, [0018] 配制石墨烯碳材分散液; [0019] 制备面层; [0020] 制备底层; [0021] 压制; [0022] 养护。 [0023] 优选地,所述配制石墨烯碳材分散液的方法为: [0024] 将石墨烯碳材加入含有其质量0.2%分散剂的水中,搅拌后超声分散,稀释成所需的石墨烯碳材分散液。 [0025] 进一步优选的,所述石墨烯碳材分散液搅拌速度为240r/min,搅拌时间为10min,超声功率为300W,超声时间为5min。 [0026] 进一步优选的,所述分散剂为高分子型表面活性剂。 [0027] 上述方法的一个方面,制备面层的方法为: [0028] 按配比量将石英砂和水泥加入到搅拌机内预混1~2min,加入石墨烯碳材分散液,搅拌2~4min后使用面层加工机制得面层; [0029] 优选地,将石英砂和水泥加入到搅拌机内120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入石墨烯碳材分散液,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0030] 上述方法的一个方面,制备底层的方法为:按配比量将石渣、细砂、水泥加入到搅拌机内预混1~2min,加入石墨烯碳材分散液,搅拌2~4min后使用底层加工机制得底层。 [0031] 优选的,将石渣、细砂、水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入石墨烯碳材分散液,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0033] 本发明所制备的透水砖是由底层和面层压制而成。底层结构以石渣为骨架,水泥、石墨烯碳材和砂形成的胶凝层包裹于石渣表面,并将相邻石块紧密联结起来,骨架结构之外是相互连通的大孔隙,从而保证其具有优异的透水性和透气性。面层结构以石英砂为骨架,水泥和石墨烯碳材组成的胶凝结果包覆在石英砂表面,使得面层具有很高的强度。与现有技术相比,本发明具有如下优点: [0034] (1)石墨烯碳材掺量少,采用自然骨料,原料成本低。 [0035] (2)该制备方法工艺简单,便于操作,适合大规模生产。 [0036] (3)所得透水砖在保证透水性的同时,引入石墨烯碳材强化了胶凝效果,抗压强度提高了一个等级,有望应用于城市人行道和公园路面。 [0037] 本发明产品将石墨烯处理后作为一种新型添加剂引入透水砖,其能够随着水均匀地分散在胶凝材料体系,石墨烯片层具有极大的比表面积和较大的刚性,加上片层之间的范德华力、片层与水泥颗粒的相互作用,可以很好地稳定胶凝体系,减少开裂、脱落等现象,增强胶凝体系的胶凝效果,进而提高了透水砖整体的强度。 [0038] 本发明方法操作简单,石墨烯原材料成本低廉,环保无毒,适合大规模工业化制备,在未来海绵城市的建设方面具有较好的前景。 具体实施方式[0039] 以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。 [0040] 以下实施例分别从面层和底层水泥、石墨烯的添加量来举例说明。其中,实施例2为最佳实施例。还提供了5个对比例。并且对透水砖性能检测进行了对比的试验。具体如下。 [0041] 实施例1: [0042] (1)将0.34g高分子表面活性剂加入1kg水中,加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯,240r/min速度下搅拌10min后以300W的功率超声5min,240r/min搅拌状态下加入25.5kg水,继续搅拌5min形成石墨烯碳材分散液。 [0043] (2)将159.4kg石英砂和30kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入5.3kg石墨烯碳材分散液和5.3kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0044] (3)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入2.65kg石墨烯碳材分散液和7.95kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0045] (4)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0046] (5)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0047] 实施例2:最佳实施例 [0048] (1)将0.34g高分子表面活性剂加入1kg水中,加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯,240r/min速度下搅拌10min后以300W的功率超声5min,240r/min搅拌状态下加入25.5kg水,继续搅拌5min形成石墨烯碳材分散液。 [0049] (2)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入5.3kg石墨烯碳材分散液和5.3kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0050] (3)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入2.65kg石墨烯碳材分散液和7.95kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0051] (4)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0052] (5)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0053] 实施例3: [0054] (1)将0.34g高分子表面活性剂加入1kg水中,加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯,240r/min速度下搅拌10min后以300W的功率超声5min,240r/min搅拌状态下加入25.5kg水,继续搅拌5min形成石墨烯碳材分散液。 [0055] (2)将149.4kg石英砂和40kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入5.3kg石墨烯碳材分散液和5.3kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0056] (3)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入2.65kg石墨烯碳材分散液和7.95kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0057] (4)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0058] (5)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0059] 实施例4: [0060] (1)将0.34g高分子表面活性剂加入1kg水中,加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯,240r/min速度下搅拌10min后以300W的功率超声5min,240r/min搅拌状态下加入25.5kg水,继续搅拌5min形成石墨烯碳材分散液。 [0061] (2)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入5.3kg石墨烯碳材分散液和5.3kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0062] (3)将116.4kg石渣、41kg细砂和32kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入2.65kg石墨烯碳材分散液和7.95kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0063] (4)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0064] (5)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0065] 实施例5: [0066] (1)将0.34g高分子表面活性剂加入1kg水中,加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯,240r/min速度下搅拌10min后以300W的功率超声5min,240r/min搅拌状态下加入25.5kg水,继续搅拌5min形成石墨烯碳材分散液。 [0067] (2)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入5.3kg石墨烯碳材分散液和5.3kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0068] (3)将113.4kg石渣、38kg细砂和38kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入2.65kg石墨烯碳材分散液和7.95kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0069] (4)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0070] (5)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0071] 实施例6: [0072] (1)将0.34g高分子表面活性剂加入1kg水中,加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯,240r/min速度下搅拌10min后以300W的功率超声5min,240r/min搅拌状态下加入25.5kg水,继续搅拌5min形成石墨烯碳材分散液。 [0073] (2)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入1.06kg石墨烯碳材分散液和9.54kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0074] (3)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入2.65kg石墨烯碳材分散液和7.95kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0075] (4)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0076] (5)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0077] 实施例7: [0078] (1)将0.34g高分子表面活性剂加入1kg水中,加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯,240r/min速度下搅拌10min后以300W的功率超声5min,240r/min搅拌状态下加入25.5kg水,继续搅拌5min形成石墨烯碳材分散液。 [0079] (2)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入2.65kg石墨烯碳材分散液和7.95kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0080] (3)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入2.65kg石墨烯碳材分散液和7.95kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0081] (4)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0082] (5)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0083] 实施例8: [0084] (1)将0.34g高分子表面活性剂加入1kg水中,加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯,240r/min速度下搅拌10min后以300W的功率超声5min,240r/min搅拌状态下加入25.5kg水,继续搅拌5min形成石墨烯碳材分散液。 [0085] (2)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg石墨烯碳材分散液,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0086] (3)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入5.3kg石墨烯碳材分散液和5.3kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0087] (4)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0088] (5)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0089] 实施例9: [0090] (1)将0.34g高分子表面活性剂加入1kg水中,加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯,240r/min速度下搅拌10min后以300W的功率超声5min,240r/min搅拌状态下加入25.5kg水,继续搅拌5min形成石墨烯碳材分散液。 [0091] (2)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入5.3kg石墨烯碳材分散液和5.3kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0092] (3)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入5.3kg石墨烯碳材分散液和5.3kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0093] (4)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0094] (5)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0095] 实施例10: [0096] (1)将0.34g高分子表面活性剂加入1kg水中,加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯,240r/min速度下搅拌10min后以300W的功率超声5min,240r/min搅拌状态下加入25.5kg水,继续搅拌5min形成石墨烯碳材分散液。 [0097] (2)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入5.3kg石墨烯碳材分散液和5.3kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0098] (3)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg石墨烯碳材分散液,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0099] (4)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0100] (5)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0101] 对比例1 [0102] (1)将159.4kg石英砂和30kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0103] (2)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0104] (3)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0105] (4)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0106] 对比例2 [0107] (1)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0108] (2)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0109] (3)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0110] (4)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0111] 对比例3 [0112] (1)将149.4kg石英砂和40kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0113] (2)将115.4kg石渣、40kg细砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0114] (3)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0115] (4)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0116] 对比例4 [0117] (1)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0118] (2)将116.4kg石渣、41kg细砂和32kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0119] (3)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0120] (4)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0121] 对比例5 [0122] (1)将155.4kg石英砂和34kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg水,继续搅拌3min后使用面层加工机制得面层。 [0123] (2)将113.4kg石渣、38kg细砂和38kg水泥加入到搅拌机内,120r/min速度下预混1min,搅拌状态下加入10.6kg水,继续搅拌3min后使用底层加工机制得底层。 [0124] (3)将制得的底层放入模槽,将面层放在底层上,然后使用制砖机压制成型。 [0125] (4)将成型的透水砖取出风干1天,洒水覆盖养护30天即可。 [0126] 表1石墨烯增强透水砖强度测试结果 [0127] |