氧化石墨烯基對水泥基材料微觀形貌的影響.pdf

1、氧化石墨烯（GO）是石墨烯的氧化物，其結構特點是石墨烯的二維片層上連有羧基、羰基、羥基和環(huán)氧基等基團。這些含氧基團使GO具有親水性，從而可以應用到水溶液中。在課題組前期研究中發(fā)現在水泥基材料中摻入GO，不僅能夠調控水泥的水化產物和微觀結構，還可以提高水泥基材料的力學性能，但GO納米片層在水溶液中易團聚，不能均勻分散到水泥基材料中。此外，由于GO各種含氧官能團含量不能定量控制，因此GO也無法定性調控水泥的微觀形貌。針對此問題，本論文通過丙

2、烯酸與GO進行復合制備了改性氧化石墨烯（MGO），增強在水泥漿中的分散性，并研究了GO和MGO對水泥基材料的微觀形貌的影響，為研究水泥基材料微觀結構提供了理論依據。
　　（1）采用Hummer法和超聲剝離制備得到GO納米片層分散液，并對GO納米片層的化學結構、納米尺寸及層間距進行了表征分析。結果表明GO結構中含有羧基（-COOH）、羥基（-OH）以及環(huán)氧基（-O-）等基團；GO納米片層厚度為1.23nm，片層大小為200nm至50

3、0nm。冷凍干燥后的GO片層間距由0.34nm擴大至0.86nm。同時研究了GO在不同溶劑和不同pH值環(huán)境中的分散性，結果顯示GO在常見的有機溶劑（乙醇、丙酮）和強酸強堿性的環(huán)境中分散性差，在水和表面活性劑溶液中的分散效果較好。
　?。?）通過Hummer法制備了氧化石墨，再采用N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，與丙烯酸聚合形成MGO，并對MGO納米片層的結構和分散性進行了表征與測試。研究結果表明：改性后的MGO納米片層上的含氧官

4、能團種類與GO相同，但-COOH和C=C含量分別增加了2.56％、5.26%；MGO納米片層大小為100nm至500nm，片層厚度為0.67nm，比GO納米片層的薄。此外，MGO在中性和堿性條件下納米片層不會出現團聚現象。
　　（3）研究了分別摻入GO和MGO后的發(fā)泡輕質水泥復合材料的表觀密度與吸水率之間的關系、微觀形貌的變化、孔結構以及其力學性能的變化。研究結果表明：摻入質量分數為0.03%GO或0.05%MGO可以提高發(fā)泡輕質

5、水泥復合材料的吸水率，但摻入 MGO提高幅度較大。相比較于摻入0.03%GO時形成的花瓣狀、螺紋片狀、鳥巢狀和多面體狀等多種水泥基材料微觀形貌，摻入0.05%MGO的發(fā)泡輕質水泥復合材料形成的微觀形貌以花片螺紋狀為主。摻入GO和MGO降低了水泥石的孔隙率，減少了裂縫的產生，提高了水泥基材料的抗壓強度和抗折強度。
　?。?）通過對GO和MGO影響水泥基材料的微觀形貌的作用機理的討論，可以發(fā)現GO有利于水化晶體的生長，而且羧基增多的M