一種石墨烯增強透水磚及其制備方法與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>無機化學(xué)及其化合物制造及其合成,應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及一種透水磚及其制備方法，特別涉及了一種經(jīng)石墨烯增強透水磚及其制備方法。

背景技術(shù)：

透水磚起源于荷蘭，隨著城市人口的增多，地下水資源日漸稀少，部分地區(qū)下陷進(jìn)而引發(fā)海水倒灌，為了使雨水能及時補充地下水，荷蘭人制造了一種100mm×200mm×60mm的小型路面磚鋪設(shè)在街道路面上，并使磚與磚之間預(yù)留了2mm的縫隙，這樣下雨時雨水會從磚之間的縫隙中滲入地下，這就是有名的荷蘭磚。時間進(jìn)入21世紀(jì)，國內(nèi)城市化進(jìn)程加快，眾多城市面臨著地下水枯竭的風(fēng)險。為了實現(xiàn)城鎮(zhèn)化與自然資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，保護城市水生態(tài)系統(tǒng)，減少雨水災(zāi)害，開發(fā)雨水資源，海綿城市建設(shè)(又稱為低影響開發(fā)，lid)作為新的城市建設(shè)理念被提出來。海綿城市能夠像一塊海綿一樣，將雨水吸收儲存，對其循環(huán)利用，并降低初期大流量雨水徑流的污染，面對自然災(zāi)害和環(huán)境變化時能夠彈性適應(yīng)。然而，透水磚透水性與強度之間的矛盾始終無法很好的解決，現(xiàn)有技術(shù)如采用高強度水泥，采用燒結(jié)砂、鋼渣、粉煤灰和黏土、陶瓷廢料、廢玻璃等新骨料，采用聚合物纖維等增強，采用高分子膠黏劑、選用高強度等級水泥等強化膠凝效果，這些方法都起到了一定改善強度的作用，但也出現(xiàn)了燒結(jié)過程能耗高、成本增加、返修率高等問題。

石墨烯是一種新型二維納米碳材料，具有超薄的厚度、超硬的強度、極大的比表面積、高的熱導(dǎo)率和優(yōu)異的電學(xué)性能，最近幾年隨著制備工藝的不斷進(jìn)步，石墨烯逐漸進(jìn)入人們的生活，在復(fù)合材料、有機高分子、無機建筑建材等領(lǐng)域已獲得廣泛關(guān)注和研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提供一種石墨烯添加量小、性能更加優(yōu)越的石墨烯增強透水磚；

本發(fā)明的另一目的是提供上述透水磚的制備方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來具體實現(xiàn)：

一種石墨烯增強透水磚，包括底層和面層兩個部分，所述底層部分中，按重量份計，至少包括：水泥16～18份、細(xì)砂18～22份、石渣50～60份、水5～6.5份；所述面層部分中，按重量份計，至少包括：石英砂65～80份、水泥15～20份、水5～6.5份；且所述底層部分和面層部分均摻有石墨烯碳材，所述石墨烯碳材為石墨烯和氧化石墨烯。

本發(fā)明的一個方面，按照相對于水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，所述底層部分中還摻有石墨烯碳材0.05～0.2％，所述面層部分中還摻有石墨烯碳材0.01～0.2％。

作為優(yōu)選方案，上述的石墨烯增強透水磚，所述底層部分中，按質(zhì)量百分比計，至少包括：石渣57.7份、細(xì)砂20份、水泥17份、水5.3份；所述面層部分中，至少包括：石英砂77.7份、水泥17份、水5.3份；其中，按照相對于水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，所述底層部分中摻有石墨烯碳材0.05％，所述面層部分中還摻有石墨烯碳材0.1％。

優(yōu)選地，所述石墨烯碳材為石墨烯和氧化石墨烯按1：4質(zhì)量比的混合。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述底層和面層的厚度為11：1。

本發(fā)明的一個方面，所述水泥均為42.5級普通硅酸鹽水泥。

本發(fā)明的一個方面，所述細(xì)砂粒徑為200～500目的河砂或黃砂。

本發(fā)明的一個方面，所述石渣粒徑為3～20mm的石米。

本發(fā)明的一個方面，所述石英砂為5～220目普通石英砂。

本發(fā)明的一個方面，氧化石墨烯是石墨經(jīng)過改進(jìn)hummers法制得，碳含量為47±5wt％，石墨烯是該氧化石墨烯通過高溫還原得到，d50≤10μm。

上述的石墨烯增強透水磚的制備方法，包括，

配制石墨烯碳材分散液；

制備面層；

制備底層；

壓制；

養(yǎng)護。

優(yōu)選地，所述配制石墨烯碳材分散液的方法為：

將石墨烯碳材加入含有其質(zhì)量0.2％分散劑的水中，攪拌后超聲分散，稀釋成所需的石墨烯碳材分散液。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述石墨烯碳材分散液攪拌速度為240r/min，攪拌時間為10min，超聲功率為300w，超聲時間為5min。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述分散劑為高分子型表面活性劑。

上述方法的一個方面，制備面層的方法為：

按配比量將石英砂和水泥加入到攪拌機內(nèi)預(yù)混1～2min，加入石墨烯碳材分散液，攪拌2～4min后使用面層加工機制得面層；

優(yōu)選地，將石英砂和水泥加入到攪拌機內(nèi)120r/min速度下預(yù)混1min，攪拌狀態(tài)下加入石墨烯碳材分散液，繼續(xù)攪拌3min后使用面層加工機制得面層。

上述方法的一個方面，制備底層的方法為：按配比量將石渣、細(xì)砂、水泥加入到攪拌機內(nèi)預(yù)混1～2min，加入石墨烯碳材分散液，攪拌2～4min后使用底層加工機制得底層。

優(yōu)選的，將石渣、細(xì)砂、水泥加入到攪拌機內(nèi)，120r/min速度下預(yù)混1min，攪拌狀態(tài)下加入石墨烯碳材分散液，繼續(xù)攪拌3min后使用底層加工機制得底層。

上述方法的一個方面，所述養(yǎng)護的方法為：壓制成型的透水磚自然風(fēng)干1～3天，再灑水覆蓋養(yǎng)護20～30天。

本發(fā)明所制備的透水磚是由底層和面層壓制而成。底層結(jié)構(gòu)以石渣為骨架，水泥、石墨烯碳材和砂形成的膠凝層包裹于石渣表面,并將相鄰石塊緊密聯(lián)結(jié)起來，骨架結(jié)構(gòu)之外是相互連通的大孔隙,從而保證其具有優(yōu)異的透水性和透氣性。面層結(jié)構(gòu)以石英砂為骨架，水泥和石墨烯碳材組成的膠凝結(jié)果包覆在石英砂表面，使得面層具有很高的強度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)石墨烯碳材摻量少，采用自然骨料，原料成本低。

(2)該制備方法工藝簡單，便于操作，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

(3)所得透水磚在保證透水性的同時，引入石墨烯碳材強化了膠凝效果，抗壓強度提高了一個等級，有望應(yīng)用于城市人行道和公園路面。

本發(fā)明產(chǎn)品將石墨烯處理后作為一種新型添加劑引入透水磚，其能夠隨著水均勻地分散在膠凝材料體系，石墨烯片層具有極大的比表面積和較大的剛性，加上片層之間的范德華力、片層與水泥顆粒的相互作用，可以很好地穩(wěn)定膠凝體系，減少開裂、脫落等現(xiàn)象，增強膠凝體系的膠凝效果，進(jìn)而提高了透水磚整體的強度。

本發(fā)明方法操作簡單，石墨烯原材料成本低廉，環(huán)保無毒，適合大規(guī)模工業(yè)化制備，在未來海綿城市的建設(shè)方面具有較好的前景。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

以下實施例分別從面層和底層水泥、石墨烯的添加量來舉例說明。其中，實施例2為最佳實施例。還提供了5個對比例。并且對透水磚性能檢測進(jìn)行了對比的試驗。具體如下。

實施例1:

(1)將0.34g高分子表面活性劑加入1kg水中，加入34g石墨烯和136g氧化石墨烯，240r/min速度下攪拌10min后以300w的功率超聲5min，240r/min攪拌狀態(tài)下加入25.5kg水，繼續(xù)攪拌5min形成石墨烯碳材分散液。

(2)將159.4kg石英砂和30kg水泥加入到攪拌機內(nèi)，120r/min速度下預(yù)混1min，攪拌狀態(tài)下加入5.3kg石墨烯碳材分散液和5.3kg水，繼續(xù)攪拌3min后使用面層加工機制得面層。

(3)將115.4kg石渣、40kg細(xì)砂和34kg水泥加入到攪拌機內(nèi)，120r/min速度下預(yù)混1min，攪拌狀態(tài)下加入2.65kg石墨烯碳材分散液和7.95kg水，繼續(xù)攪拌3min后使用底層加工機制得底層。