水泥对石膏基自流平材料性能的影响

研究了硅酸盐水泥和铝酸盐水泥对石膏基自流平材料流动度、凝结时间、力学性能和耐水性能的影响,通过X射线衍射仪、量热仪、压汞仪和环境扫描电子显微镜微观测试方法对水化产物、水化热、孔结构、微观形貌等进行分析表征。结果表明,随着硅酸盐水泥掺量的增加,初始流动度增大,30min流动度损失减小,凝结时间缩短,掺加铝酸盐水泥对流动度、凝结时间规律与硅酸盐水泥相似;随着硅酸盐水泥掺量的增加,力学性能和耐水性能呈先增加后降低趋势,当掺量为8%时,达到最优;28d抗折强度和耐水性能随着铝酸盐水泥掺量的增加,波动比较大,在13%掺量时出现最低点,抗压强度随着铝酸盐水泥掺量的增加呈稳步上升趋势;掺入硅酸盐水泥和铝酸盐水泥均出现钙矾石的微弱衍射峰。     

氧化石墨烯复掺纤维水泥基复合材料研究综述

氧化石墨烯(GO)作为石墨烯(G)的衍生物有着与石墨烯相类似的力学性能和导热性能等优异性能,并且其亲水性官能团使其相比于石墨烯来说更容易在水中分散从而更容易与水泥基相结合。大量研究已表明GO掺入水泥基中不但可以增强水泥基的力学性能和耐久性能还可以增强水泥基的电磁屏蔽性能、导热性能等性能,为多功能型、智能型混凝土的开发提供了可能。以GO复掺其他功能纤维材料在水泥基中的应用为中心,简述了GO的性能特点、结构特质从而表明GO在水泥基材料中应用的广度和范围,并重点综述了GO的分散性研究和GO复掺纤维水泥基的工作性能、水化过程、力学性能、耐久性能、功能性能的研究,并对未来GO复掺纤维水泥基材料研究的方向进行了展望。     

氧化石墨烯对多壁碳纳米管掺配水泥砂浆强度、压敏性能与微观结构的影响

多壁碳纳米管(MWCNTs)对水泥基材料可起到增强增韧的作用。但MWCNTs易在水泥浆体中团聚,目前国内外对如何深化氧化石墨烯(GO)在水泥浆体中分散MWCNTs的报道较为罕见。采用吸光度试验考察了木质素磺酸钠(MN)存在时,GO对MWCNTs在模拟水泥水化孔隙液的饱和氢氧化钙溶液(CH)中分散性能的影响,并研究了GO对MWCNTs掺配砂浆力学性能、电热性能、电阻率及压敏性的影响。吸光度测试表明MN、GO、MWCNTs质量比为3∶1∶9时,MWCNTs分散达到最佳,力学性能测试表明当MWCNTs、GO最佳掺量分别为0.45wt%、0.05wt%时,28天抗折抗压强度比相同MWCNTs掺量的试件分别提高了27.3%、20.9%,电阻率降低了18.2%,电阻变化率提高了72.6%。微观结构测试表明GO能进一步促进MWCNTs在水泥基材料中分散,促进水泥水化进程,密实了水泥石结构,对MWCNT掺配砂浆强度有协同增长作用,提高了压敏性能。本研究采用GO分散MWCNT的方法可扩展到其他碳基纳米增强剂,并为发展自感知智能化水泥基材料提供了一种新的途径。     

氧化石墨烯复掺石墨烯对水泥砂浆力学性能的提升及机理研究

采用高温还原氧化石墨烯(GO)方法制备石墨烯(G),利用GO对G的助分散效果将G与GO同时掺入砂浆中(即复掺)以改善水泥砂浆力学性能。通过不同含量G与GO混合溶液的吸光度测试,研究了GO对G的分散作用,结果表明当G与GO浓度比(C_G/C_(GO))为4/5时,GO对G的助分散效果最佳。然后保持吸光度测试中C_G/C_(GO),研究了不同G含量对复掺的水泥砂浆抗折抗压强度的影响。研究表明同等掺量下,复掺GO与G更能增强砂浆的力学性能,C_G/C_(GO)在3/5,4/5时提升效果较优,且复掺GO与G对砂浆早期力学性能提升效果更明显;TG测试表明复掺水泥的水化速度快于单掺G水泥。微观测试研究表明GO与G同时掺入水泥,既可以发挥GO对G的助分散效果,又能对水泥起到协同增强作用,促进了水泥的水化,水化产物晶型更加规整。研究采用GO助分散G的方法,既可以发挥GO对G的助分散效果,又能对水泥起到协同增强功效。     

氧化石墨烯对水泥净浆流动度及水泥石结构和性能的影响

采用Hummers法及超声破碎分散法制备了氧化石墨烯(GO)纳米相分散液,研究了GO对水泥净浆流动度和水泥石微观结构的影响,用FT-IR、AFM、XRD及SEM对GO及水泥石结构进行了表征。结果表明GO的掺入降低了净浆流动性,每增加0.01%的GO需要增加0.02%的聚羧酸系减水剂(PCs)以保持水泥净浆流动度在3 h内在200 mm以上,GO的掺入能够使水泥石的微观结构发生明显的变化,当GO/PCs掺量为0.01%/0.24%~0.03%/0.28%时,水化龄期7 d的水泥石出现了大量分散均匀的花状微晶体,当GO/PCs掺量为0.05%/0.32%~0.07%/0.36%时,同龄期水泥石中出现大量的片状晶体,在水化龄期延长到28 d时有转化为密实结构的趋势,结果说明GO具有调控水泥水化产物形貌的能力及增强增韧的作用,此研究结果对于提高水泥基材料的力学性能具有重要意义。     

水泥基自流平砂浆的制备及其性能

利用细水泥、UEA膨胀剂以及其他化学添加剂的复配,制备了一种水泥基自流平砂浆。研究了细水泥、矿渣粉以及UEA膨胀剂的掺量对水泥基自流平材料的力学性能、流动性与收缩性的影响,并用XRD、SEM方法对其水化产物和硬化浆体微观结构进行了表征。结果表明,该种水泥基自流平材料具有早强、低收缩的特点,流动度≥150mm、1d抗压强度大于20MPa、28d抗压强度达到60MPa、收缩率≤0.01%。     

可再分散乳胶粉对硫铁矿尾砂自流平砂浆性能的影响

探究硫铁尾矿砂在自流平砂浆的资源化利用途径,以硫铁矿尾砂为细集料制备水泥基自流平砂浆,分析了可再分散乳胶粉掺量对砂浆流动度、力学性能及耐磨性的影响。结果表明：乳胶粉掺量可以显著降低20 min、60 min 后的流动度经时损失,乳胶粉掺量为2.0%时,砂浆的拉伸粘结强度为1.9 MPa,并在天然河砂与尾砂复配情况下,尾砂替代率为75%时,磨损量仅有0.09 kg/m2。     

氧化石墨烯对水泥基渗透结晶型防水材料抗渗性能的影响

研究了木质素磺酸钠(MN)对氧化石墨烯(GO)在模拟水泥水化孔隙液中的分散能力的影响,并研究了MN分散的GO对水泥基渗透结晶型防水材料(CCCW)对水泥砂浆抗渗性能的影响。通过吸光度试验、Zeta电位及原子力显微镜(AFM)研究表明,当MN与GO的质量比为3∶1时,GO在饱和氢氧化钙溶液中的分散性最佳;砂浆力学强度测试表明,当GO掺量为水泥质量的0.03%时,3天、28天的抗折抗压强度相较于不掺入MN的GO砂浆分别提高了39.13%和39.37%、33.84%和33.48%;砂浆抗渗压力和氯离子扩散系数比标准砂浆试件分别提高了160.0%和下降了50.6%;抗渗性能测试表明,当GO掺量为水泥质量的0.03%时,GO改性CCCW涂层抗渗压力比含CCCW的涂层提高了116.7%;微观测试表明,GO促进了水化反应,并在砂浆基质中发挥了填充作用和模板作用,增强了水化产物的密实度,使得砂浆和CCCW抗渗性能增加了。本文提供了一种GO改性CCCW来提升水泥砂浆的抗渗性能,在涂层防水效果和降低CCCW材料成本等应用价值得到提升。     

纳米氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的微观结构及作用机理

通过氧化反应和超声波分散作用制备了不同含氧量氧化石墨烯(GO)纳米分散液,研究了GO氧含量、用量和水化时间对水泥基复合材料微观结构和力学性能的影响。研究结果表明GO能够调控水泥水化产物的形状,促使水泥水化反应形成规整的花状晶体,使得水泥基复合材料的强度特别是拉伸强度和抗折强度显著提高。研究结果证实了GO在水泥复合材料水化过程中起到模板作用,能够调控水泥水化产物的微观结构及提高水泥基复合材料的韧性,同时提出了GO调控水泥基复合材料微观结构的作用机理。本文结果提供了一种可显著增强增韧水泥基复合材料的新方法,具有潜在的应用前景。     

超低掺量氧化石墨烯的分散行为及其对水泥基材料结构与性能的影响

研究了氧化石墨烯(GO)纳米片层在水相及分散剂作用下的存在状态及分散行为，发现GO在水泥基材料中存在掺量大、成本高及应用效果不稳定不显著的主要原因是：GO纳米片层容易团聚导致其在水泥基体中分散不均匀。为此制备了两性聚羧酸分散剂(APC)及与GO的复合物(APC-GO)，研究发现GO在APCGO复合物中不再以团簇式聚集态存在，而是主要吸附在APC多支链分子上并呈现多支链状的分散状态，通过掺入APC-GO复合物引入与水泥质量比为0.0003%的超低掺量GO，能够显著提高水泥基材料的力学性能和耐久性。SEM显示掺入APC-GO的水泥基材料具有规整致密的微观结构形貌，说明了GO在水泥基体中能够均匀分散，且对水泥水化产物的形貌和结构具有规整性调控效果，研究结果对GO在水泥基材料中的应用具有指导意义。     

石墨烯及其衍生物复掺纤维水泥基复合材料研究进展

石墨烯(G)/氧化石墨烯(GO)以其优异的力学、导电以及导热性能在改善水泥基材料力学以及功能性等方面表现出良好的应用前景。然而,这些纳米材料在水泥基材料中难以分散,限制了它们在水泥基复合材料中的实际应用。近些年来,研究者们开始将纤维同这些纳米材料复掺到水泥基材料中,其分散性能得到了很大的提升。从材料在水泥基中分散问题、水泥水化过程、力学性能、功能性、耐久性能等5个方面系统地阐述了石墨烯及氧化石墨烯和其他纤维混杂对于水泥基复合材料的影响,对今后水泥基复合材料性能的提升具有指导作用。     

氧化石墨烯增强水泥基复合材料的力学性能及微观结构

本文采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）悬浮液,通过FTIR、XRD和AFM等测试技术对GO晶体结构和尺寸形态进行了表征,考察了GO掺量和水灰比的变化对GO增强水泥基复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明：GO增强水泥基复合材料抗折抗压强度随GO掺量增加而先提高后降低,且对于抗折强度增强效果远超过抗压强度,当GO掺量为0.03%时,抗折强度达到最大值13.72 MPa;高水灰比条件下掺入GO对水泥胶砂强度的提高更显著;通过SEM对GO增强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,细化晶体尺寸,形成更加致密均匀的网络结构,从而改善水泥基复合材料的宏观性能。     

氧化石墨烯对水泥基复合材料微观结构和力学性能的影响（英文）

研究了不同掺量下氧化石墨烯(GO)对水泥石以及胶砂微观结构和力学性能的影响。含16.5%水的水泥浆、0.05%GO及3倍于水泥的沙子共混物作为添加剂制备成砂浆。通过SEM、液氮吸附仪和一系列标准实验分别对水泥石的微观形态、孔隙结构、抗压抗折强度以及水泥净浆的流动度、黏度、凝结时间进行表征;考察不同GO掺量下水泥水化放热的变化情况。结果表明:GO对水泥浆有显著增稠和促凝作用;GO的掺入可以有效降低水泥的水化放热量;GO对水泥石有显著的增强增韧效果,28天龄期时,GO质量分数为0.05%的水泥石,3、7和28 d抗压强度和抗折强度同比对照组分别增加52.4%、46.5%、40.4%和86.1%、68.5%、90.5%,胶砂的抗压强度和抗折强度同比对照组分别增加43.2%、33%、24.4%和69.4%、106.4%、70.5%;GO在水泥硬化过程中对水泥石中晶体产物的产生有促进作用并能规整晶体的排布而形成针状晶体簇,改善水泥石中的孔结构,降低水泥石中微孔的体积,增加水泥石的密实度,对水泥石有显著地增强增韧效果。     

没食子酸协同聚羧酸减水剂分散氧化石墨烯及其对水泥砂浆性能的影响

少量氧化石墨烯(GO)可大幅度提升水泥基材料的强度和韧性,但GO极易在高钙高碱水泥水化介质中聚沉,解决GO的分散稳定性问题是发挥其对水泥基材料增强功效的关键.本工作研究了没食子酸(GA)对GO在饱和氢氧化钙(CH)溶液中的助分散作用及其对GO掺配水泥砂浆力学性能的影响.相对于聚羧酸减水剂(PC)单独分散GO体系,额外加入一定比例的GA能进一步改善GO在CH溶液中的稳定分散能力;与PC分散GO的基准试件相比,少量的助分散剂GA可使水泥砂浆3 d的抗折、抗压强度分别提高17.3％和18％,28 d的抗折、抗压强度分别提高19.2％和21.4％.GA协同PC分散GO具有更好的促进水泥水化进程的作用,可使硬化水泥石的微观结构更加密实,水泥水化产物晶体更加有序规整生长.本研究以绿色廉价的GA作助分散剂,为GO增强水泥基材料提供了一种全新的思路且具有潜在的应用前景.     

氧化石墨烯纳米片层对水泥基复合材料的增韧效果及作用机制

通过氧化和超声波分散制备了氧化石墨烯（GO）纳米片层分散体系,研究了GO纳米片层对水泥基复合材料的增韧效果及作用机制。用EDS、FTIR、XRD、SEM和AFM对GO纳米片层的结构进行了表征。研究结果表明：所得GO含氧量为32.3wt%,GO纳米片层的厚度为6 nm左右,在GO片层表面含有羟基、羧基和磺酸基等活性基团。水泥基复合材料的SEM形貌及力学性能测定结果表明：当GO掺量为0.03wt%时,GO能够使水泥水化产物形成花朵状晶体,并使水泥基复合材料的拉伸强度、抗折强度和压缩强度比对照样品分别提高了65.5%、60.7%和38.9%。提出了GO纳米片层对水泥水化产物的模板调控机制,揭示了花状晶体的形成过程。     

氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的研究

用Hummers法对石墨进行氧化后再用超声波进行分散制备纳米氧化石墨烯(GO)分散液。研究GO对掺有聚羧酸系减水剂(PCs)的水泥净浆流动度、粘度、凝结时间、石泥石孔结构和水泥砂石的耐折强度、抗压强度的影响。研究结果表明,纳米氧化石墨烯掺量为15mg/(100g水泥)时,使净浆流动度和凝结时间稍有降低,所得石泥石的中大孔隙率减少,结构致密,硬化水泥砂浆的耐折强度和抗压强度显著提高。硬化水泥石的XRD和SEM测试结果表明,纳米氧化石墨烯片层对水泥水化晶体产物的形成有模板效应,能够促使水泥石形成微小、形状统一的晶体结构,研究纳米氧化石墨烯增强增韧混凝土对于构建高性能、长寿命混凝土具有重要的意义。     

氧化石墨烯/再生水泥基复合材料的制备

基于建筑垃圾再生细骨料替代天然砂,进行氧化石墨烯(GO)改性再生水泥基复合材料的综合物理性能和水化机制研究。采用超声分散GO及振动搅拌制备再生水泥基复合材料,综合耐久性能测试结果表明:和不掺GO再生水泥基复合材料相比,添加0.03% GO改性7 d龄期强度的GO/再生水泥基复合材料抗折和抗压强度分别提高了16%和21%;添加0.02% GO改性的28 d龄期强度的GO/再生水泥基复合材料抗折和抗压分别提高了13.7%和13.6%。GO/再生水泥基复合材料龄期7 d耐候、50次冻融循环后力学性能均良好;氯离子含量皆小于0.06%。放射性检测结果表明:GO/再生水泥基复合材料内照射指数I_Ra和外照射指数I_r均属于A类建筑材料。通过XRD、TG-DTA、SEM等手段对GO/再生水泥基复合材料水化机制研究表明:GO促进了钙矾石(AFt)晶体的大量生成及胶凝孔中存在更多的自由水,且对后期氢氧化钙(CH)的产生有抑制作用,进而提高了GO/再生水泥基复合材料综合物理性能。      

氧化石墨烯水泥基复合材料的性能及研究进展

水泥基材料在建筑领域应用广泛,但其存在抗弯强度低、抗裂性和韧性差等缺点,因此改善水泥基材料性能一直是建筑材料领域研究的热点之一.氧化石墨烯(GO)是在石墨烯基面和边缘修饰了含氧官能团的一种二维衍生石墨烯材料,具有蜂窝状的结构形貌,亲水性、分散性和反应活性好.将GO加入水泥基材料中,可促进花状形貌晶体的形成,并加速水化进程的成核速度,使其形成致密的交联结构,进而细化水泥浆体的空隙,有效降低孔隙率,从而增强水泥基材料的力学性能,但流动性等有所降低.因此研究人员主要从微观作用机理、静态力学性能及耐久性等方面开展了深入研究,并取得了丰硕的成果.GO自身较大比表面积的结构性质致使水泥基复合材料流变性差,利用硅灰(SF)和氧化石墨烯包覆硅灰(GOSF)等外加剂对GO进行改性,从而提高GO水泥浆体的流动性.基于微观结构作用机理,对比不同GO掺量、试件尺寸、水灰比下的抗压强度和抗弯强度的增长率,分析GO水泥基复合材料的力学性能的增强机理.GO对水泥基材料抗压、抗拉、抗弯强度增长率存在较大差异,其中抗弯强度提高幅度最大.GO对硅酸盐水泥力学性能的提高程度较磷酸镁钾水泥更为显著.对于动态力学性能,不同应变率下裂纹扩展路径存在差异,在高应变率下GO的增强效应更为显著.水泥基材料工作环境中各类离子化合物及酸碱度对其基体有消极的影响,GO对其耐久性有明显的提高作用.本文对近年来GO水泥基复合材料的研究状况进行梳理,分析其微观结构作用机理、流动性、力学性能及耐久性等,阐述了目前国内外的研究状况及存在的问题,并展望了GO水泥基复合材料未来的发展趋势.     

具有大规模规整致密花状微观结构形貌高/超高性能氧化石墨烯/水泥基复合材料

通过掺入氧化石墨烯(GO)及调控水灰比制备了高性能及超高性能水泥基复合材料,当水灰比为0.26及GO掺量为0.03%和0.05%时,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度分别为125.6 MPa、146.7 MPa和15.6 MPa、18.3 MPa。当水灰比为0.18及GO掺量为0.03%和0.05%时,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度分别为168.6 MPa、181.3 MPa和26.9 MPa、29.4MPa。水泥基复合材料的抗渗透、抗冻融、抗碳化等性能得到了显著提高。通过SEM观察水泥基体的微观形貌,发现水泥水化产物成为了形状规整的水化晶体,并且交织交联成为规整致密的花状微观形貌。XRD结果表明,规整形状水化晶体是由多种水泥水化晶体复合杂化形成的复合晶体。     

热还原氧化石墨烯在水泥水化介质中的分散及其增强砂浆的性能与机理研究

掺配纳米石墨烯能大幅度提升水泥基材料的各项性能,但如何改善石墨烯纳米片层在水泥水化的高钙高碱性环境中的稳定分散是一个难点。本工作以一种聚多芳香环类减水剂(JS)作为分散剂,通过测定吸光度研究了高温热还原法制备的还原型氧化石墨烯(rGO)在用于模拟水泥水化高钙高碱性环境的饱和氢氧化钙(CH)溶液中的稳定分散性。研究表明,当JS分散剂与胶凝材料质量比为1. 5%时,rGO在CH溶液中有相当好的分散效果。石墨烯掺配水泥砂浆的力学性能测试表明,当rGO掺量为0. 05%时,3 d抗折、抗压强度分别提高了9. 5%、11. 1%,28 d抗折、抗压强度分别提高了6. 74%、26. 5%。化学结合水试验及微观测试表明,JS分散剂能使rGO有效均匀地分布在水泥石中,加速水泥水化进程,进而调控水化产物晶体生长。