氧化石墨烯對(duì)水泥基材料結(jié)構(gòu)與性能的影響.pdf

1、混凝土是應(yīng)用最為廣泛的水泥基復(fù)合材料，目前存在抗折強(qiáng)度低、韌性差、易裂縫等主要問(wèn)題，影響了水泥基復(fù)合材料的使用性能和耐久性。針對(duì)這一問(wèn)題，目前主要通過(guò)添加纖維增強(qiáng)材料來(lái)提高混凝土的整體強(qiáng)度和韌性，但是易裂縫問(wèn)題依然存在，其原因是裂縫主要產(chǎn)生于混凝土中的硬化水泥石，添加纖維增強(qiáng)材料不能改變混凝土中起黏結(jié)作用的水泥石的結(jié)構(gòu)和性能。前期研究發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯（grahene oxide，簡(jiǎn)稱(chēng)GO）的高比表面積以及豐富官能團(tuán)能夠調(diào)控水泥水化產(chǎn)物形成

2、規(guī)整性晶體，并使水泥石的力學(xué)性能特別是抗折強(qiáng)度有顯著的提高，有助于從微觀結(jié)構(gòu)上解決水泥基復(fù)合材料的易裂縫問(wèn)題。研究中也發(fā)現(xiàn)了GO的摻入使得水泥凈漿流動(dòng)性顯著下降，并且GO在水泥漿體中存在著分散不均勻的問(wèn)題，因此本論文針對(duì)GO摻入水泥基材料中存在的這些問(wèn)題進(jìn)行了研究，為GO在水泥基材料中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　（1）采用對(duì)石墨進(jìn)行氧化及超聲波分散的方法制備了GO納米片層分散液，并對(duì)GO納米片層的含氧量、化學(xué)結(jié)構(gòu)和納米尺寸進(jìn)行了檢測(cè)與表

3、征。石墨與氧化劑KMnO4質(zhì)量比為1:6，氧化反應(yīng)時(shí)間為12 h時(shí)，GO含氧量可達(dá)到31％左右，GO結(jié)構(gòu)中含有羧基-COOH、羥基-OH以及環(huán)氧基-O-等基團(tuán)；在固體狀態(tài)下GO片層間距由0.35 nm擴(kuò)大至0.84 nm；分散狀態(tài)的GO納米片層厚度為1.23 nm，片層大小為200 nm至500 nm。
　　（2）系統(tǒng)地研究了GO摻量對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度、硬化水泥石力學(xué)性能以及硬化水泥石微觀結(jié)構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明隨著GO摻量從0.0

4、1%增加到0.09%，水泥凈漿流動(dòng)度依次下降。GO摻量增加至0.03%時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度下降至160 mm以下；GO摻量增加至0.09%時(shí)，水泥凈漿處于完全不流動(dòng)狀態(tài)。GO納米片層分散液對(duì)水泥凈漿流動(dòng)性影響的規(guī)律為GO摻量每增加0.01%時(shí)，保持水泥漿體流動(dòng)度在200 mm以上所需的聚羧酸系減水劑（polycarboxylate superplasticizer，簡(jiǎn)稱(chēng)PCs）摻量按照0.02%的比例增加。GO對(duì)水泥石力學(xué)性能的影響規(guī)律是

5、隨著GO摻量的增加，硬化水泥石的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，其最大抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度出現(xiàn)在GO摻量為0.01%時(shí)，在水化齡期為28天時(shí)的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度分別為8.4 MPa和73 MPa。
　?。?）采用分散劑對(duì)GO進(jìn)行了分散并研究了分散劑對(duì)GO納米片層分散液分散性的影響。發(fā)現(xiàn)PCs與十二烷基苯磺酸鈉（sodium dodecyl benzene sulfonate，簡(jiǎn)稱(chēng)SDBS）復(fù)配分散GO的效果最好且最佳復(fù)配

6、分散的固含量比為1:1:1。復(fù)合物 GO/PCs/SDBS的吸光度值為0.62，均高于 GO與 PCs直接混合的吸光度（0.56）和 GO與 SDBS直接混合的吸光度（0.55）。GO/PCs/SDBS摻入水泥漿中可使GO納米片層均勻分散，促使水泥水化產(chǎn)物形成密實(shí)規(guī)整的水化晶體，并優(yōu)先出現(xiàn)在水泥石中的孔洞、裂縫、結(jié)構(gòu)疏松等缺陷部分，使水泥石形成了密實(shí)的結(jié)構(gòu)，GO/PCs/SDBS的摻量從0.01%增加至0.09%，微觀結(jié)構(gòu)中水泥水化產(chǎn)物

7、越密實(shí)規(guī)整，并且使硬化水泥石的孔隙率下降、抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度顯著提高，其中最大抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度出現(xiàn)在GO/PCs/SDBS摻量為0.07%時(shí)，在水化齡期為28天時(shí)的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度分別為13.5 MPa和79 MPa。
　?。?）提出GO納米片層調(diào)控水泥水化產(chǎn)物的作用機(jī)理，GO納米片層主要是通過(guò)調(diào)控水泥水化晶體的生長(zhǎng)及形狀達(dá)到對(duì)水泥石微觀結(jié)構(gòu)的控制，最終達(dá)到增強(qiáng)增韌水泥基材料的作用。
　　本論文的創(chuàng)新之處在于得到了 GO