氧化石墨烯沙漠砂水泥基复合材料力学性能研究

通过正交试验,分析了氧化石墨烯(GO)掺量、沙漠砂替代率、水灰比和胶砂比对GO-沙漠砂水泥基复合材料28 d的抗压强度、抗折强度和稠度值的影响趋势.在正交试验基础上,进一步揭示沙漠砂替代率和GO掺量对复合材料7d、28 d抗压强度和抗折强度的影响规律.试验研究表明:随着GO掺量的增加,水泥基复合材料抗折和抗压强度先提高后降低,且对于抗压强度增强效果略超过抗折强度.当GO掺量为0.03wt％时,GO-沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度达到最大值;随着沙漠砂替代率增加,GO-沙漠砂砂浆试块抗折和抗压强度呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为50％时,氧化石墨烯沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度均达到最大值;但沙漠砂替代率为100％时,掺量为0.03wt％的GO-全沙漠沙水泥基材料强度提升最高,且28 d抗压、抗折强度可达标准砂试块强度.通过SEM对GO增强沙漠砂水泥基复合材料微观结构进行表征,发现GO能够优化水泥水化产物的微观结构形态,并且与沙漠砂活性材料产生正相关作用,从而形成更加致密均匀的结构改善沙漠砂水泥基复合材料的宏观性能.     

石墨烯的共价改性及其水分散性能研究

用3种简单的工艺制备了苯乙烯马来酸酐共聚物(SMA)共价官能化石墨烯纳米片(GNPs),同时制备出了稳定的改性石墨烯水分散体,并对改性石墨烯在水溶液中的分散性进行表征。由傅里叶红外光谱分析可知,两亲性聚合物SMA与GNPs发生了化学接枝作用,场发射扫描电子显微镜表明两亲性聚合物SMA不均匀存在于GNPs的表面和边缘中。由热失重分析和紫外可见光光谱分析可知,3种处理方式中超声处理法所得的改性石墨烯纳米片接枝率最高,在水溶液中的分散性最好,其稳定水分散液石墨烯含量可以达到0.32 mg/mL,接枝率可达到18.02%。超声时间对接枝率的影响较大,而SMA的浓度对接枝量的影响较小。     

氧化石墨烯-沙漠砂水泥基材料力学性能研究

为了弥补沙漠砂水泥基材料的力学缺陷,提高沙漠砂水泥基材料的工程适应性,进而合理利用中西部地区丰富的沙漠资源。本研究提出了氧化石墨烯(GO)改善沙漠砂水泥基材料力学性能的方案。试验发现,沙漠砂的过量掺入严重影响水泥基材料的力学性能,GO的掺入可以改善此不足,当GO掺入量为0.03%时,配制出了28 d抗压强度达到空白标准砂试件的125.41%,抗折强度达标准砂试块94.9%的全沙漠砂水泥基材料。通过扫描电镜的表面形貌观察可知,GO的掺入使水化产物形成致密规则且相互交联的团装晶体,并可以阻止纳米裂缝的持续发展。     

非饱和重塑与结构性黄土平面应变试验三维离散元模拟

黄土的宏观力学行为受其微观结构影响显著,为探究非饱和重塑与结构性黄土在平面应变条件下的宏微观力学性质,采用考虑粒间吸引力与化学胶结的非饱和结构性黄土胶结接触模型,开展了非饱和重塑与结构性黄土常含水率条件下的平面应变三维离散元模拟。分析了平面应变条件下不同有效围压对黄土宏观力学行为的影响,并探究其微观机理。模拟结果表明:有效围压对非饱和重塑黄土与结构性黄土应力应变响应影响存在较大差异。非饱和重塑黄土在较小有效围压时呈应变硬化,随有效围压的增大逐步过渡为应变软化,而结构性黄土在不同有效围压下均表现为应变软化,且围压越小,应变软化越显著。在微观尺度上,胶结达到轴向应变2％时开始持续破坏,对于结构性土的峰值应力影响显著;胶结同时会阻碍结构性土各向异性发展。