石墨烯水性分散及其水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能.pdf

1、石墨烯作為新興的二維碳納米材料，引起了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注和深入研究。石墨烯憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能，作為增強(qiáng)材料被應(yīng)用到聚合物、陶瓷以及橡膠等基體中，能夠顯著地提高基體的韌性。利用石墨烯的增強(qiáng)增韌作用，改善水泥基體的低韌性、低抗拉等固有缺陷，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。但對(duì)于石墨烯在水泥基材料中的應(yīng)用研究還很少，其在水泥基體中的微觀作用研究更是匱乏。
　　本文主要研究了石墨烯的水性分散工藝，包括表面活性劑非共價(jià)化學(xué)修飾和混酸共價(jià)化學(xué)

2、修飾，確定了本試驗(yàn)的最佳分散工藝。并以此為基礎(chǔ)，研究了石墨烯水泥基復(fù)合材料的制備工藝，并對(duì)其抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及彎曲韌性展開(kāi)系統(tǒng)研究。最后，利用多種微觀測(cè)試方法，深入探究石墨烯在水泥基體中的微觀作用機(jī)制。主要成果及結(jié)論如下：
　?。?）確定了本試驗(yàn)中最適宜的石墨烯分散工藝：以聚氧代乙烯壬基苯基醚（CO890）作為石墨烯的分散劑，CO890與石墨烯的質(zhì)量比為5:1，最優(yōu)超聲功率為360 W，最小超聲時(shí)間為20 min。研究表明，CO

3、890不僅能夠吸附到石墨烯表面，還能夠與石墨烯邊緣的少量官能團(tuán)相互作用，從而形成空間位阻效應(yīng)，阻止石墨烯的團(tuán)聚。
　?。?）隨石墨烯摻量的增加，石墨烯水泥凈漿復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度呈先增大后減小趨勢(shì)。在水灰比為0.30時(shí)，摻加0.05 wt%的石墨烯水泥凈漿試件28 d的抗壓強(qiáng)度為95.6 MPa，抗折強(qiáng)度為13.4 MPa，與未摻加石墨烯的水泥凈漿試件相比，分別提高了25.2%和3.7%。當(dāng)石墨烯摻量為0.05 wt%時(shí)，水泥凈漿試

4、件具有最強(qiáng)的彎曲韌性，與空白試件相比，其彎曲韌性和斷裂點(diǎn)位移分別提高了55.9%和52.1%。
　?。?）石墨烯也能夠改善水泥砂漿的力學(xué)性能，在石墨烯摻量為0.05 wt%，養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)，水泥砂漿試件的抗折強(qiáng)度提高了24.0%，而抗壓強(qiáng)度則提高了13.6%；在摻量為0.08 wt%時(shí)，石墨烯水泥砂漿的彎曲韌性達(dá)到最大值357.7 N·mm，比空白試件提高77.6%；斷裂點(diǎn)位移達(dá)到最大值0.313 mm，比空白試件提高58.9%；