一種海洋生態工程用的高防水耐腐蝕混凝土及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土及其制備方法，包括氧化石墨烯、海泡石、貝殼粉、水溶性硅酸鹽、水泥和納米二氧化硅纖維；其中氧化石墨烯邊緣接枝有十八烷基胺，接枝率不低于75％；海泡石分子骨架中部分鎂離子被氫離子取代，取代率不低于90％；而納米二氧化硅纖維為短纖；在制備產品時，先將氧化石墨烯、海泡石、貝殼粉、水溶性硅酸鹽和水泥混合倒入球磨罐，并加入氧化石墨烯質量1～3％的無水硫酸鈉，球磨混合4～6h后，再加入納米二氧化硅纖維，攪拌混合1～3h后，出料，即得。本發明專利技術所得產品具有良好的耐腐蝕性能，可在海水環境下保持長期的穩定。

A high waterproof and corrosion-resistant concrete for marine ecological engineering and its preparation method

【技術實現步驟摘要】
一種海洋生態工程用的高防水耐腐蝕混凝土及其制備方法
本專利技術涉及無機膠凝材料
，具體是一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土及其制備方法。
技術介紹
海洋環境下，用于混凝土維修的材料有很多，常用的有聚合物修補材料，環氧樹脂修補材料和水泥基修補材料。有研究表明，在海洋環境下，雖然聚合物砂漿的粘結性能高于自密實水泥砂漿，但其耐久性比自密實水泥砂漿差；在海洋超細區，環氧樹脂材料的粘結性能差于普通硅酸鹽水泥。因此，與聚合物修補材料和環氧樹脂修復材料相比，水泥基修補材料更適合用于海洋環境下混凝土結構的維修工程。雖然普通水泥粘結強度低，但通過添加膨脹劑、硅灰等來改善其性能，可以有效提高水泥基材料的粘結性能及耐久性。針對當前聚合物修補材料和環氧樹脂修補材料普遍踩在耐久性差的問題，若能采用改性水泥作為混凝土裂縫和缺陷的修補材料，不僅可充分利用該材料的成本低、耐久性好的優勢，而且還有可能大大提升混凝土結構的耐久性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土及其制備方法，以解決現有技術中的混凝土耐海水侵蝕性能差，持久性差的弊端。為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土，包括以下重量份數的原料組成：本專利技術技術方案在水泥體系中引入氧化石墨烯、海泡石、貝殼粉以及水溶性硅酸鹽，首先，氧化石墨烯和海泡石皆為層狀結構，其中，氧化石墨烯分子結構中含有親水的邊緣區以及疏水的共軛區，使得氧化石墨烯自身具有良好的乳化性能，有利于產品在使用過程中有效滲透進入緩凝土孔隙結構中，實現對混凝土內部縫隙的修復作用，另外，由于混凝土的水化過程實際是硅酸鈣凝膠的形成過程，在此過程中，氧化石墨烯親水一端可被親水的硅酸鈣凝膠吸附固定，并形成牢固化學鍵合，從而在水凝膠表面形成氧化石墨烯層，且使得氧化石墨烯的疏水共軛區留在表面，起到良好的防水效果，且石墨烯片層的自身強度高，潤滑性能好，可有效避免混凝土在長期海水環境下的穩定性；而層狀的海泡石在產品初次遇水混料時，會迅速溶脹并解散，形成的單體纖維或較小的纖維束無規律的分散，并于氧化石墨烯的片層結構形成具有流變性能的穩定懸浮液使得內部各組分之間可以穩定相容，在水化過程中各組分均勻存在，有效避免因為填料尤其是密度較大的填料在轉運以及水泥水化過程中沉降引起的性能下降；另外，貝殼粉的引入，可有效填充氧化石墨烯片層結構以及解離后的海泡石纖維束填充留下的孔隙，形成顆粒、平層以及纖維束共同構建的三維密實填充體系，且貝殼粉自身耐海水腐蝕，使得海水不容易侵蝕進入硬化后的混凝土內部，起到良好的耐久效果。進一步的，所述氧化石墨烯為邊緣接枝十八烷基胺的氧化石墨烯。進一步的，所述氧化石墨烯邊緣的十八烷基胺接枝率不小于75％。本專利技術技術方案進一步的通過在氧化石墨烯邊緣處介質具有疏水性能的官能團，提高整體體系的疏水效果；同時，十八烷基胺的長鏈烷基的存在，可與體系中水泥凝膠網絡等纖維相互纏結，從而形成物理咬合結構，避免混凝土在受力時表面的氧化石墨烯剝離，使耐水性能的持久性得到提升。進一步的，所述海泡石為分子骨架中部分鎂離子被氫離子取代的海泡石。進一步的，所述氫離子對鎂離子的取代率不低于90％。本專利技術技術方案通過對海泡石骨架中部分鎂離子進行取代，使骨架中Si-O基團轉變為活性的Si-OH，從而使活性的Si-OH參與水泥的水化反應，使海泡石骨架和水泥水化凝膠體系形成有機的完整整體，提高內聚強度，使產品的耐久性得到進一步提升。進一步的，所述水溶性硅酸鹽包括硅酸鈉、硅酸鉀和/或硅酸鋰。本專利技術技術方案通過引入硅酸鈉、硅酸鉀和硅酸鋰三者相互配合，可與老混凝土中大量的半水化水泥、游離氫氧化鈣等發生化學反應，形成永久的硅酸鹽凝膠，該凝膠可在混凝土內部結晶形成堅硬耐磨的組織，使混凝土界面成為一個致密型整體，且使用后界面層中粗大晶體數量較少，多為細小晶體，使混凝土界面的早期和后期粘結強度大大提高，并且耐久性優良。進一步的，所述海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土還包括水泥重量1～10％的納米二氧化硅纖維。進一步的，所述納米二氧化硅纖維為長徑比為3：1～10：1的納米二氧化硅短纖。本專利技術技術方案通過引入活性較高的納米二氧化硅纖維，并進一步限定采用短纖；短纖相比于長纖而言，同等添加量情況下，數量更多，且由于混凝土失效時，裂紋的擴展往往從細小裂紋處開始，而內部分布更多的短纖有利于阻止裂紋的進一步擴展，長纖則無法在同一裂紋處有效阻擋裂紋的進一步擴展。一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土的制備方法，具體制備步驟為：(1)準備原料；(2)先將氧化石墨烯、海泡石、貝殼粉、水溶性硅酸鹽和水泥混合球磨4～6h后，再加入納米二氧化硅纖維，攪拌混合1～3h后，出料，即得。進一步的，所述具體制備步驟為：(1)準備原料；(2)先將氧化石墨烯、海泡石、貝殼粉、水溶性硅酸鹽和水泥混合倒入球磨罐，并加入氧化石墨烯質量1～3％的無水硫酸鈉，球磨混合4～6h后，再加入納米二氧化硅纖維，攪拌混合1～3h后，出料，即得。本專利技術技術方案先將除去納米二氧化硅纖維以外的原料和無水硫酸鈉進行球磨反應，在球磨過程中，首先發生的是原料之間的混合以及細化，當細化達到一定程度后，粉末自身不再細化，而是內部發生錯位和滑移，從而使晶粒尺寸進一步縮小，而這種錯位和滑移同時導致內部晶粒取向的無序性，再于無水硫酸鈉作用下，實現低溫條件下的活性硅羥基之間的脫水縮合反應，從而使各活性組分之間首先發生一定程度的化學反應，形成牢固的剛性硅氧鍵，提高不同活性組分之間的相互作用，有效提高了產品的力學性能。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。按重量份數計，依次取10～20份氧化石墨烯，10～20份海泡石，8～10份貝殼粉，3～5份水溶性硅酸鹽，20～60份42.5#普通硅酸鹽水泥，以及水泥質量1～10％的納米二氧化硅纖維；所述氧化石墨烯邊緣接枝有十八烷基胺，接枝率不低于75％；所述海泡石分子骨架中部分鎂離子被氫離子取代，取代率不低于90％；而所述納米二氧化硅纖維為長徑比為3：1～10：1的短纖；所述水溶性硅酸鹽包括硅酸鈉、硅酸鉀和/或硅酸鋰；先將氧化石墨烯、海泡石、貝殼粉、水溶性硅酸鹽和水泥混合倒入球磨罐，并按球料質量比為10：1～30：1加入氧化鋯球磨珠，于自轉轉速為350～450r/min，公轉轉速為300～500r/min條件下，球磨混合4～6h后，得球磨料，并將球磨料和納米二氧化硅纖維轉移到混料機中，于攪拌轉速為300～800r/min條件下，攪拌混合1～3h后，出料，包裝，即得產品。實施例1按重量份數計，依次取10份氧化石本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土，其特征在于，包括以下重量份數的原料組成：/n

【技術特征摘要】
1.一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土，其特征在于，包括以下重量份數的原料組成：

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2.根據權利要求1所述的一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土，其特征在于，所述氧化石墨烯為邊緣接枝十八烷基胺的氧化石墨烯。


3.根據權利要求2所述的一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土，其特征在于，所述氧化石墨烯邊緣的十八烷基胺接枝率不小于75％。


4.根據權利要求1所述的一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土，其特征在于，所述海泡石為分子骨架中部分鎂離子被氫離子取代的海泡石。


5.根據權利要求4所述的一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土，其特征在于，所述氫離子對鎂離子的取代率不低于90％。


6.根據權利要求1所述的一種海洋生物工程用的高防水耐腐蝕混凝土，其特征在于，所述水溶性硅酸鹽包括硅酸鈉、硅酸鉀和/或硅酸鋰。


7.根據權利要求1所述的一種海洋生物工程...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張國浩，
申請(專利權)人：張國浩，
類型：發明
國別省市：江蘇;32