氧化石墨烯改性混凝土的制备及力学性能和抗冻性能的研究

氧化石墨烯因具有较高的强度、韧性和强的表面活性等优点常被用于水泥基材料中,不仅能够提高力学性能,还可以改善耐久性。通过在混凝土中掺杂氧化石墨烯,制备了不同氧化石墨烯掺量(0, 0.03%,0.06%和0.09%(质量分数))的改性混凝土,研究了氧化石墨烯掺量对改性混凝土的晶体结构、微观形貌、力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,适量的氧化石墨烯掺杂加速了改性混凝土的水化反应,细化了孔结构,提高了密实度;随着氧化石墨烯掺杂量的增加,改性混凝土的抗压强度、抗折强度和相对弹性模量均先升高后降低,当氧化石墨烯的掺杂量为0.06%(质量分数)时,28 d的抗压强度、抗折强度和相对弹性模量均达到最大值,分别为43.05,5.58 MPa和94.19%,改性混凝土的力学性能和抗冻性能最佳。     

石墨烯改性混凝土的制备及其力学性能和抗冻性能研究

以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料，石墨烯为增强材料，制备出了不同石墨烯掺杂量(0,0.04%,0.08%和0.12%(质量分数))的改性混凝土。研究了石墨烯掺杂量对改性混凝土晶体结构、微观形貌、力学性能和抗冻性能的影响。结果表明，石墨烯的掺杂并未生成新的水化产物，但加速了水化反应的速率，生成的水化产物凝胶填充到混凝土的缝隙中，提高了混凝土的致密性；当石墨烯的掺杂量为0.08%(质量分数)时，改性混凝土的孔隙数量最少、密实度最大，其形貌最佳；石墨烯改性混凝土在各养护龄期下的抗压强度均随着石墨烯掺杂量的增加而先增大后减小，在28 d的养护龄期下，当石墨烯的掺杂量为0.08%(质量分数)时，改性混凝土的抗压强度达到了最大值48.62 MPa;在60次冻融循环后，当石墨烯的掺杂量为0.08%(质量分数)时，改性混凝土的质量损失率最小为0.414%,相对动弹性模量最大为94.02%,石墨烯改性混凝土的抗冻性能显著改善。综合分析可知，改性混凝土中石墨烯的最佳掺杂量为0.08%(质量分数)。     

氧化石墨烯改性水泥基注浆材料的制备及力学性能研究

氧化石墨烯凭借较高的比表面积和独特的片层状结构,具有优异的理化性能。为获得高性能的水泥基注浆材料,通过引入不同掺杂量(0.00,0.02%,0.04%和0.06%(质量分数))的氧化石墨烯,制备了改性水泥基注浆材料。采用XRD、SEM、FT-IR和力学性能测试等分析了氧化石墨烯的掺杂量对改性水泥基注浆材料晶体结构、力学性能和自收缩性能的影响。结果表明：氧化石墨烯的掺杂加速了水化反应的进行,提高了Ca(OH)₂的生成速率,同时减小了裂纹数量,增加了结构致密性;当氧化石墨烯的掺杂量为0.04%(质量分数)时,28 d的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度均达到了最大值,分别为59.80,14.70和1.89 MPa;所有注浆材料在水化前期收缩较快,20 h后收缩量进入了“平台期”,随着氧化石墨烯掺杂量的增加,改性注浆材料的自收缩性能抑制效果先增大后减小,当氧化石墨烯的掺杂量为0.04%(质量分数)时,改性注浆材料的自收缩量最小。     

纳米碳纤维改性混凝土的力学性能及抗冻性能研究

纳米碳纤维凭借着高的抗拉强度和弹性模量，被广泛应用于水泥混凝土的增韧剂。通过在混凝土材料中掺入不同含量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))的纳米碳纤维，研究了纳米碳纤维掺杂量对混凝土力学性能和抗冻性能的影响。结果表明，纳米碳纤维的掺杂未生成新的产物，但加速了水化反应的进行，增加了改性混凝土的结构致密性，减小了孔隙和缺陷的数量。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时，改性混凝土的形貌结构最佳。随着纳米碳纤维掺杂量的增加，改性混凝土的抗压强度、抗折强度和磨损量降低比率先增大后减小，单位面积的磨损量和80次冻融循环时刻的质量损失率先减小后增大。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时，改性混凝土28 d的抗压强度和抗折强度达到最大值，分别为47.83和5.92 MPa,单位面积的磨损量最小为1.12%,磨损量降低比率最大为55.56%,80次冻融循环时刻的质量损失率最小为1.23%。综合各分析可知，纳米碳纤维的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。     

短切PAN基碳纤维水泥基复合材料的制备及性能研究

以硅酸盐水泥P.O 42.5为基础材料、短切PAN基碳纤维为增强相制备了分散均匀的碳纤维水泥基复合材料,研究了不同掺杂量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))短切PAN基碳纤维的水泥基复合材料的物相结构、微观形貌、力学性能、耐磨性能和抗碳化性能。结果表明,短切PAN基碳纤维的掺杂加速了水化反应的进行,没有产生新的水化产物,碳纤维在水泥基复合材料中呈三维错落分布,构成网格结构,提高了水化产物之间的结合强度,提高了水泥基复合材料的致密性,从而提高了水泥基复合材料的力学性能、耐磨性能和抗碳化性能。随着短切PAN基碳纤维掺杂量的增加,水泥基复合材料7和28 d的抗压强度和抗折强度均表现出先增大后降低的趋势,而质量损失率和碳化深度则表现出先降低后升高的趋势。当短切PAN基碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,质量损失率达到最小值0.34%,养护7和28 d后,抗压强度达到了最大值69.3和86.4 MPa,抗折强度也达到了最大值11.1和14.1 MPa,而碳化深度达到最低值0.35和2.53 mm。综合分析可知,短切PAN基碳纤维的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。     

环氧树脂改性水泥混凝土的制备及耐久性实验分析

针对水泥混凝土存在的抗折强度不足、耐久性能偏低等问题，以环氧树脂为掺杂相，制备了不同环氧树脂掺量(0%,3%,6%,9%(质量分数))的改性水泥混凝土，分析了环氧树脂对水泥混凝土力学性能、微观形貌、耐久性能的影响。结果表明，环氧树脂的掺杂加速了水化反应的进行，混凝土的裂纹和孔隙数量减少，致密度提高。混凝土的抗压强度和抗折强度均随环氧树脂掺杂量的增大而先增大后减小，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土在养护28 d时抗压强度和抗折强度分别达到最大值43.8和7.9 MPa,相比未掺杂环氧树脂的混凝土分别提高了18.70%和29.51%。随着环氧树脂掺杂量的增大，混凝土的氯离子扩散系数先降低后增高，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土养护28 d的氯离子扩散系数最低为7.7×10^-8 cm/s,抗氯离子腐蚀性能最佳。在冻融循环次数达到80次时，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土的质量损失率最低为-0.13%,相对动弹性模量最大为94.86%,磨损量最低为0.66 kg/m²,磨损量降低率达到46.77%,具有优异的耐久性能。     

碳纳米管改性水泥基注浆材料的制备及性能研究

碳纳米管具有大的比表面积和优异的力学性能,是水泥基注浆材料的优异填料。以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料,多壁碳纳米管为填料,制备了不同碳纳米管掺杂量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))的改性水泥基注浆材料,研究了注浆材料的晶体结构、微观形貌、力学性能和碳化性能。结果表明,掺入碳纳米管后,加速了水化反应,但没有新物质产生,碳纳米管呈短杆状与长杆状均匀分布于水泥基体间,形成“桥联作用”,提高了水泥基体之间的结合力,改善了注浆材料的强度和韧性;随着碳纳米管掺杂量的增加,注浆材料的抗压强度和抗折强度均表现出先升高后轻微降低的趋势,而碳化深度呈现出先降低后升高的趋势;当碳纳米管掺杂量为0.6%(质量分数)时,注浆材料7和28 d的抗压强度达到最大值89.95和97.42 MPa,抗折强度也达到最大值10.92和15.82 MPa,而碳化深度则达到了最低值14.54和26.47 mm。综合分析可知,碳纳米管的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。     

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。     

纳米TiO2改性水泥基混凝土复合材料的制备及性能研究

以纳米TiO₂为填料,通过调整纳米TiO₂的掺杂比例(0,2%,4%和6%)(质量分数),制备出了不同掺量的纳米TiO₂改性水泥基混凝土复合材料,对混凝土复合材料的力学性能、微观形貌和耐久性能等进行了分析。结果表明,随着纳米TiO₂掺杂含量的增加,混凝土复合材料的抗压强度和抗折强度均呈现出先升高后降低的趋势,孔隙率和磨损量表现出先降低后略微升高的趋势。当纳米TiO₂的掺杂含量为4%(质量分数)时,28 d抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为42.57和5.62 MPa,孔隙率最低为9.57%,磨损量最少为1.81 kg/m²,磨损降低率最大为42.54%。抗盐冻性测试表明,在经过7次冻融循环后,随着纳米TiO₂掺杂含量的增加,次冻融循环后的质量损失率持续降低,抗盐冻性能得到显著改善。SEM分析可知,掺入适量纳米TiO₂后,钙矾石的形貌有从针状向扁圆形转变的趋势,促进了凝胶的形成,提升了整体结构的致密性,从而提高...     

氧化石墨烯对水泥基自流平砂浆性能的影响

通过氧化和超声波分散制备了浓度为7. 4 g/L的氧化石墨烯(GO)分散液,研究了不同GO掺量条件下硅酸盐体系自流平砂浆及其硬化体的流动度、凝结时间、力学性能和耐久性能,并借助XRD、SEM和MIP等手段分析其改性机理。实验得出GO的最佳掺量是0. 04%(质量分数)。在该掺量下,相比未掺GO的空白样,水泥基自流平砂浆的流动度与凝结时间稍有降低,28 d抗折、抗压强度和耐磨性能分别提高38. 9%、27. 7%和48. 8%。28 d试样的氯离子渗透性能较空白样降低了98. 5%。微观测试结果表明,氧化石墨烯能够促进硅酸盐水泥的水化进程,调控水泥水化产物的微观结构,从而提高水泥基自流平材料的力学性能和耐久性能等。     

纳米碳纤维增韧水泥基复合材料的力学性能和耐久性能研究

以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料,不同掺杂量(0,0.4%,0.8%和1.2%(质量分数))的纳米碳纤维为增强相,制备了纳米碳纤维增韧水泥基复合材料,研究了纳米碳纤维的掺杂量对水泥基复合材料晶体结构、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂在水泥基复合材料中未出现新的水化产物,但加速了水化反应的进行;纳米碳纤维的“连接”作用使水泥基复合材料的孔结构变得致密,裂纹和孔隙减少;随着纳米碳纤维掺杂量的增加,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度先增大后减小,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料28 d的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为82.4和13.1MPa;采用单面盐冻法对水泥基复合材料进行抗冻性能测试,发现纳米碳纤维的掺杂改善了水泥基复合材料的抗冻性能,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料在28次冻融循环后单位面积质量损失量最小为0.114 kg/m²。综合力学性能和耐久性能分析可知,纳米碳纤维的最佳掺量为0.8%(质量分数)。     

氧化石墨烯改性地聚物再生混凝土的抗硫酸溶蚀性能研究

以地聚物再生混凝土为基体，将混凝土浸泡于pH=1.0的硫酸溶液中48 d,以其表观损伤、抗压强度、质量损失、中和深度作为耐硫酸性能指标，研究不同掺量的氧化石墨烯(0.01%,0.03%,0.05%,均为质量分数，下同)对混凝土抗硫酸溶蚀性能的影响。此外，通过SEM、XRD、FTIR对氧化石墨烯的改性效果进行微观分析。结果表明：掺入少量的氧化石墨烯可显著提高混凝土的抗硫酸性能，但随着掺量的增加改性效果逐渐减弱。改性后混凝土的抗压强度分别提高56.0%、17.0%、6.0%,且经硫酸溶蚀48 d后仍优于未改性混凝土。48 d后掺量为0.05%的混凝土出现最大的质量损失和中和深度，以及SEM图中较差的界面过渡区和较多松散的腐蚀产物代表其改性效果最差。综合宏观表现、XRD和FTIR分析，确定氧化石墨烯掺量为0.01%时地聚物再生混凝土具有最佳的抗硫酸溶蚀性能。     

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。     

PAN基碳纤维复合混凝土的制备及氯离子渗透性的影响

以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维为无机填料，制备了PAN基碳纤维复合混凝土，研究了PAN基碳纤维掺量对混凝土力学性能、耐磨性能、抗冻性能等的影响。结果表明，PAN基碳纤维的添加加速了水化反应的进行，减少了混凝土结构中的孔隙数量，提高了混凝土的密实度。复合混凝土的抗压强度和抗折强度随PAN基碳纤维掺杂量的增大而先增大后减小，养护28 d,当PAN基碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时，抗压强度和抗折强度达到最大值，分别为50.73和5.58 MPa,这是由于PAN基碳纤维的添加使砂浆与集料之间的结合强度增加所致。养护28 d,当PAN基碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时，复合混凝土的单位面积磨损量最小为0.95 kg/m²,单位面积磨损量降低率最大为55.81%,冻融循环100次时质量损失率最低为1.14%,相对动弹性模量最高达95.03%,复合混凝土的氯离子扩散系数最低为8.1×10^-8 cm/s,具有优异的抗冻性能和抗氯离子侵蚀能力。     

高性能环氧树脂透水混凝土的制备及其性能研究

以不同质量分数(0,1%,2%,3%)的水性环氧树脂为改性剂,制备了高性能环氧树脂透水混凝土,研究了环氧树脂掺杂量对透水混凝土力学性能、透水性能、抗冻性能和微观形貌的影响。结果表明,适量的环氧树脂掺入透水混凝土后,可以增加骨料与砂浆之间的粘度,并提高其结合强度,从而提高了改性透水混凝的力学性能、透水性能和抗冻性能;随着环氧树脂掺杂量的增加,改性透水混凝土的抗压强度和抗折强度先增大后减小,透水系数和质量损失率先减小后轻微增大;当环氧树脂的掺杂量为2%(质量分数)时,28 d的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为13.17和1.26 MPa,透水系数和质量损失率(60次冻融循环下)达到了最小值,分别为4.84 mm/s和0.3233%;环氧树脂的掺杂提高了透水混凝土的结构致密性,当环氧树脂的掺杂量为2%(质量分数)时,改性透水混凝土的结构致密性最高,微裂纹较少,抗冻性能最佳。     

电石渣改性固体废弃物胶固粉的制备及性能研究

以32.5级普通硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰和芒硝为原料,工业废弃物电石渣为添加材料,制备了不同电石渣掺杂量(0,0.5%,1.0%和1.5%(质量分数))的改性胶固粉,分析了电石渣掺杂量对改性胶固粉晶体结构、微观形貌、力学性能、凝结时间和结合水量的影响。结果表明,电石渣的掺杂没有生成新的产物,但加速了C₂S和C₃S的消耗,提高了水化反应的速率,当电石渣的掺杂量为1.0%(质量分数)时,水化产物结合最为紧密;随着电石渣掺杂量的增加,改性胶固粉的凝结时间逐渐减小,28 d的抗压强度和化学结合水量均先增大后减小。当电石渣的掺杂量为1.0%(质量分数)时,28 d的抗压强度和化学结合水量达到了最大值,分别为2.98 MPa和6.8%。这是因为适量电石渣的掺入加速了胶固粉的水化反应,增加了其结构致密性,从而提高了胶固粉的力学性能。由此可知,电石渣的最佳掺杂量为1.0%(质量分数)。     

聚丙烯纤维改性多孔生态混凝土的制备及性能研究

以玄武岩碎石为天然粗骨料,废弃混凝土为再生粗骨料,聚丙烯纤维为增强相,制备了不同聚丙烯纤维掺杂量的多孔生态混凝土,探究了聚丙烯纤维的掺杂量对多孔生态混凝土的物理性能、微观形貌、力学性能及抗冻性能的影响。结果表明,多孔生态混凝土的透水系数和孔隙率呈现出正向线性关系,随着聚丙烯纤维掺杂量的增大,混凝土的透水系数和孔隙率持续降低;适量聚丙烯纤维的掺杂能够在多孔生态混凝土中形成均匀致密的网格结构,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的致密度最高。随着聚丙烯纤维掺杂量的增大,混凝土的抗折强度先增大后降低,抗压强度先快速增大后缓慢增大。在28 d龄期下,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的抗折强度达到最大值4.68 MPa,对应的抗压强度为14.68 MPa。经历100次冻融循环后,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的质量损失率最低为2.17%,相对动弹性模量最高为84.81%,抗冻性能最佳。因此,聚丙烯纤维的最佳掺杂量为3%(体积分数)。     

纳米CaCO3增韧混凝土复合材料的制备及机理研究

以纳米CaCO₃作为掺杂填料,在普通硅酸盐水泥中掺入不同含量的纳米CaCO₃（0,2%,4%和6%）(质量分数),制备出了一系列纳米CaCO₃混凝土复合材料。对其晶格结构、微观形貌、孔隙分布、力学性能和抗碳化性能进行了分析表征,探讨了纳米CaCO₃增韧混凝土复合材料的机理。结果表明,适量纳米CaCO₃的掺杂,使混凝土复合材料的水化产物晶型更好、结晶度更高,表面变得更加致密化和均匀化,且有效降低了有害孔及多害孔的占比,提高了无害孔和少害孔的占比。当纳米CaCO₃的掺杂含量为4%（质量分数）时,混凝土复合材料表面的改善效果最好,碳化深度最低为5.91 mm,抗压强度和劈裂强度均达到了最大值,分别为37.92和2.37 MPa。综合可知,纳米CaCO₃的最佳掺杂比例为4%（质量分数）。     

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。     

石墨烯/聚氨酯复合材料的合成及表征

用Hummers方法成功制备了氧化石墨烯,并对其进行异氰酸酯化改性,最后将改性石墨烯掺杂入由甲苯二异氰酸酯(TDI)和聚乙二醇-600(PEG-600)制备的薄膜之中,得到石墨烯/聚氨酯杂化材料。采用拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和扫描电镜对杂化材料的结构和性能进行表征,并研究了杂化材料的水接触角及耐酸性能。结果表明,异氰酸酯成功与石墨烯的羟基或羧基反应,增加了氧化石墨烯的不规整性及单片层率。未掺杂氧化石墨烯的聚氨酯薄膜自身水接触角为126°,平衡水含量接近40%。当氧化石墨烯掺杂量为1.5%(质量分数)时,水接触角减小至80°,平衡水含量降至30%,具有"阻路效应"。此薄膜在稀盐酸中浸泡7 d后,其质量损失仅为2.5%。