基于石墨烯的水泥基复合材料性能探讨

石墨烯是一种准二维材料,且其只有一个碳原子厚度。它的力学、热学、电学等性能非常优越,是目前材料科学领域的研究热点。文中在现有功能化石墨烯及其水泥基复合材料研究成果的基础上,综述了石墨烯的功能化及基于石墨烯的水泥基复合材料的性能研究,为进一步开展石墨烯水泥基复合材料的研究奠定基础。     

温度和湿度对纳米石墨烯片水泥基复合材料压敏性能的影响

研究了纳米石墨烯片水泥基复合材料（GNPs/CC）在不同温度和湿度下的压敏性能。研究结果表明：GNPs/CC在20℃下的压敏性能最佳。温度的升高和降低都会导致GNPs/CC压敏性能的削弱,温度升高会导致灵敏因子出现小幅度的波动,但电阻变化率曲线的线性程度基本不受影响;温度降低则会导致灵敏因子大幅度降低,并导致GNPs/CC电阻变化率曲线的线性程度降低。0RH湿度下,GNPs/CC的压敏性能最佳;65%RH的湿度几乎不会改变GNPs/CC的含水率,对其压敏性能无明显影响;98%RH的湿度会使GNPs/CC的含水率快速增加,并导致了GNPs/CC压敏性能的削弱。     

石墨烯及其衍生物对水泥基复合材料性能的影响研究进展

总结了石墨烯及其衍生物在水性体系中的分散性,从耐久性能、力学性能和功能性方面介绍了石墨烯及其衍生物水泥基复合材料的研究现状,并对其研究方向进行了展望。     

碳纤维水泥基复合材料的压敏特性研究

研究了内掺含活性化学物质的CCCW材料及碳纤维表面氧化处理后不同碳纤维掺量下水泥净浆试样在循环荷载作用下的压敏特性,并讨论了其压敏机理,分析了三种碳纤维掺量下试样压敏性能差异产生的原因。实验结果表明：添加CCCW材料和使用经浓硝酸处理后的碳纤维混凝土试样,在循环荷载下其电阻稳定性得到了有效提高,并且不同碳纤维掺量下试样的电阻和应力均存在较好的对应关系,碳纤维掺量为水泥质量的1．2％时,试样的压敏性最好。     

早龄期氧化石墨烯增强碳纳米管水泥基复合材料的性能研究

文中报道了氧化石墨烯(GO)改善碳纳米管(CNTs)水泥基复合材料的抗折、抗压强度及电学性能的研究。当掺入2wt%CNTs时,CNTs水泥基复合材料抗折、抗压强度分别达最大值9.9、56.7MPa,然而随着CNTs掺入量的增加,CNTs水泥基复合材料的抗折、抗压强度出现了明显的降低趋势。此时在CNTs水泥基体中掺入一定量的GO,可以明显提高水泥基复合材料的抗折、抗压性能。同时GO的掺入可以提高CNTs水泥基复合材料的电学性能,仅掺入0.01wt%的GO时,GO/CNTs-1试样中的平均电阻率从CNTs-1样品的38.4Ω·m下降到了31.5Ω·m,降幅达到了17.9%。     

纳米氧化石墨烯对水泥基人造石性能的影响

为提高水泥基人造石的力学强度和耐久性,在其中掺入纳米氧化石墨烯(NGO),研究了NGO掺量对低水胶比水泥净浆及水泥砂浆凝结时间、流动度、力学性能和耐久性的影响,并通过水化热、X射线衍射仪(XRD)、热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)和压汞仪(MIP)等微观表征手段分析了NGO的作用机理.结果 表明...     

镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基材料的电学性能与压敏性能

通过复掺镍纳米纤维、碳纳米管制备了镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基复合材料,研究了其导电性及压敏性,并与单掺碳纳米管增强水泥基材料进行了对比.水泥基材料导电性用四电极伏安法进行测试,微观形貌用扫描电子显微镜(SEM)进行观察,并探讨了镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基材料的性能提升机理,结果表明:镍纳米纤维、碳纳米管在水泥基材料中分散良好;镍纳米纤维加入碳纳米管水泥基材料中,可降低电阻率,最高可降低50％;混掺镍纳米纤维/碳纳米管水泥基材料比碳纳米管水泥基材料具有更稳定的敏感性,灵敏度最高可达1880,更适用于混凝土结构应力监测的传感元件.     

氧化石墨烯水泥净浆的力学性能与微观结构的分形特征

采用改进Hummers法和超声波分散法制备氧化石墨烯片层分散液,利用傅里叶红外光谱(FTIR)和X-射线衍射(XRD)表征GO;测试了不同掺量氧化石墨烯水泥净浆的抗折和抗折强度,通过SEM扫描了水泥净浆水化产物微观图像,结合分形理论计算SEM图像的分形维数并分析其变化规律,探讨了抗压强度与分形维数的关系。研究表明:氧化石墨烯可以有效提高水泥净浆的力学性能和改善其微观结构;分形理论能定量分析不同掺量氧化石墨烯水泥净浆的微观结构变化特征;分形维数随氧化石墨烯掺量的增加呈现逐渐降低的趋势;分形维数和水泥净浆抗压强度存在着良好的二次函数关系,其水泥净浆的抗压强度随分形维数的增加而降低,其最佳掺量为水泥质量的0.03%。     

石墨烯水泥基复合材料力学性能及增强机理研究

首先通过表面活性剂与超声波处理相结合的方式制备了石墨烯(GNs)水性分散液,进而探究了不同浓度石墨烯掺量对水泥基复合材料力学性能的影响.结果表明:石墨烯(GNs)的掺入可以有效改善水泥基复合材料的力学性能,当石墨烯(GNs)掺量为0.06％时,水泥基复合材料的3、7、28 d抗压和抗折强度较纯水泥试样分别提高了19.7...     

水泥净浆电性能及其与抗压强度的关系

测定了不同水泥净浆电阻率随时间的变化及相应的立方体抗压强度.研究表明,在相同水灰比条件下,高标号水泥净浆电阻率先低于低标号水泥净浆电阻率,而后迅速高出.采用幂函数回归建立了同种水泥1 d电阻率与水灰比的关系.建立了水泥净浆立方体2 d抗压强度与水泥净浆1 d电阻率的线性关系,建立了7,28 d抗压强度与水泥净浆1 d电阻率的对数关系.     

碳纤维水泥基复合材料电阻特性的研究

研究了碳纤维水泥基复合材料的电阻特性,结果表明,碳纤维水泥基复合材料电阻率随着碳纤维体积分数的提高而下降;碳纤维掺入量存在一个饱和点,超过此饱和点,碳纤维水泥基复合材料的电阻率变化趋于稳定;碳纤维水泥基复合材料电阻率随加载频率的增大而降低.碳纤维水泥基复合材料的电学特性可以用电渗透原理解释,并由扫描电镜试验结果得到验证.     

碳纤维水泥基复合材料电性能的若干研究

着重探讨了碳纤维长度与掺量、水灰比、龄期及成型工艺对碳纤维增强水泥基复合材料导电性的影响,结果表明,采用振动压制成型工艺且碳纤维长度为10mm时,可以较小的纤维掺量（0.5%)使复合材料获得较强的导电性。     

水泥基导电复合材料的电热特性

测试了石墨导电水泥和碳纤维－石墨导电水泥的相关性能，发现它具有表面温度低，抗过电压和过电流能力强，性能稳定，耐久性好等优点，适合用作暖房地面等电热器材料。     

碳纤维水泥基复合材料中纤维分散性的研究

利用新拌料浆法及硬化试件电阻测试法,从碳纤维水泥基复合材料（CFCC）的纤维分散系数及变异系数分析等几个方面着手,探讨了碳纤维长度及掺量、搅拌工艺、分散剂和水灰比等诸因素对CFCC中碳纤维分散性能的影响,并确定了制备CFCC材料的适宜工艺。     

电学方法研究水泥水化诱导期

用电学方法研究了波特兰水泥的水化诱导期.测定了不同水化时间波特兰水泥浆体的电阻率、钙离子浓度、氢氧化钙含量和氢氧化钙分解温度,并结合水泥水化放热速率,讨论了水泥的各水化阶段.研究结果表明:水泥水化时,浆体电阻率变化表现出一定的规律性;电阻率最小值至电阻率开始加速上升之间的时间即为水泥水化反应的诱导期,诱导期的开始和结束都与氢氧化钙的生长有关.     

有机膦酸对水泥早期水化特征的影响

采用离子螯合反应、水化热测试及电阻率测试等,研究了2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)、羟基亚乙基叉二膦酸(HEDP)和二乙烯三胺五亚甲基叉膦酸(DTPMPA)这3种有机膦酸对水泥浆水化硬化特征的影响,并探讨了其影响机理.结果表明:有机膦酸对Ca2+具有很强的螯合作用,其中的单分子膦酸基团数量越多,对金属离子的螯合值越大,由强到弱依次为DTPMPA、HEDP、PBTCA;相同掺量条件下,有机膦酸的缓凝效力远大于葡萄糖酸钠,其对水泥浆的水化抑制能力随着膦羧基团数量的增大而增大;有机膦酸优先与Ca^2+、Mg^2+等形成稳定的螯合物,限制了Ca^2+、Mg^2+等参与水化产物的形成,延长了水化溶解期与诱导期;与空白样不同,有机膦酸的掺入使得水泥水化加速期的电阻率微分曲线上未出现1对波峰波谷,另外,电阻率微分曲线拐点与水泥浆凝结时间密切相关;适当掺量的有机膦酸对水泥28d抗压强度和抗折强度具有增强作用,但过量有机膦酸会导致水泥强度显著下降.     

粉煤灰掺量对水泥浆体电阻率与自收缩的影响

研究了粉煤灰掺量为水泥质量的0%,20%和40%时,水胶比（质量比）为03的硅酸盐水泥浆体在72h龄期内的电阻率变化规律和168h龄期内的自收缩变化规律.电阻率采用无电极电阻率测定仪进行测试,自收缩采用电子千分表和棱柱体试件进行测试.结果表明：粉煤灰掺量对水泥浆体的电阻率和自收缩具有显著影响.在凝结前,随着粉煤灰掺量的增大,水泥浆体的电阻率也逐渐增大;在硬化后,随着粉煤灰掺量的增大,水泥浆体的电阻率逐渐减小.在相同龄期时,粉煤灰的掺量越大,硬化水泥浆体的自收缩越小.早龄期硬化水泥浆体的电阻率与自收缩正相关.     

无机矿物掺合料对水泥石电阻率影响规律的研究

借助四电极法,研究了粉煤灰及矿渣微粉对水泥石电阻率的影响规律。结果表明:掺粉煤灰水泥石体系的电阻率变化趋势随着龄期的延长由慢变快;在前期,水泥石的电阻率与粉煤灰掺量成反比且低于基准样;在后期,水泥石的电阻率与粉煤灰掺量成正比且超过基准样。水泥石电阻率与矿渣微粉掺量成正比,并且随着龄期的延长其增长速率由快变慢;二者复合能更好的体现其"叠加效应",在一定龄期内,可以实现电阻率的持续增长。     

GO纳米片层对水泥水化晶体及胶砂力学性能的影响

通过控制氧化反应时间和超声波处理,制备了含氧量(质量分数,下同)分别为19.15％,25.43％和32.30％的氧化石墨烯(GO)纳米片层分散液,研究了不同含氧量GO纳米片层对水泥水化晶体和胶砂力学性能的影响.结果表明:含氧量为25.43％的GO纳米片层能够促使水泥水化反应形成规整的花状晶体,同时使得胶砂的拉伸强度和抗折强度显著提高.阐述了GO纳米片层调控水泥水化晶体的作用机理,认为GO纳米片层对水泥水化晶体的形成具有模板作用.