石墨烯及其衍生物掺配水泥基材料研究进展

石墨烯及其衍生物因其独特的结构及优异的性能在改善基水泥材料的抗拉强度、韧性、耐久性及赋予水泥基材料功能性等方面表现出良好的应用前景.本文简述了石墨烯、氧化石墨烯(GO)的结构特点及性能,归纳了各自的制备方法;对石墨烯及其衍生物在水泥基材料中的分散进行了综述;重点综述了石墨烯及其衍生物掺配水泥基材料的力学性能、流变性能、...     

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。     

碳基材料对水泥基材料性能的影响

水泥基复合材料凭借其原料丰富、价格低廉、生产工艺简单、强度高等优点,广泛应用于现代化工程建设.但是这种材料长久以来都有高脆性以及裂缝等一系列的问题.针对这些问题世界各国的研究人员都主要致力于改善水泥基材料的力学性能.但是在目前的情况下,现代建筑对水泥基材料提出了许多新的要求,不仅要有好的力学行为,还要具有尽可能多的附加功能.合适的功能填料的掺入不仅能够使得水泥基复合材料的力学性能和耐久性能得到提升,还能有效地调控水泥基材料的导电率、热导率等一系列其他功能.钢纤维、聚合物纤维和矿物纤维等是之前比较常见的功能掺料,这些材料依靠它们的强度和韧性可以用来改善材料的力学性能.但这些增强材料并不能在结构上改变水泥的水化产物,因此水泥基材料的高脆性及裂缝等问题依存在.而部分碳基材料在掺入到水泥基复合材料中以后可以对水泥基材料实现改性,不仅能从微观方面改变其结构,从而改善力学性能,还可以改善如导电性、导热性等性能.使水泥基复合材料能够尽可能地满足时代的要求.本文在近年来对多种不同的碳基材料掺杂水泥基复合材料研究的基础上,分别总结了不同碳基材料(碳纤维CF、碳黑CB、碳纳米管CNTs、石墨烯GR以及氧化石墨烯GO)对水泥基复合材料性能影响的基本原理,综述了近年来五种材料掺加在水泥基复合材料中的相关研究.此外,本文同时也对这些材料的复合掺入以及互相之间的改性掺入后的效果进行了简单总结,并且同时对水泥基复合材料的研究前景提出了一点看法.     

碳纳米管增强水泥基复合材料的自收缩及抗裂性能碳纳米管增强水泥基复合材料的自收缩及抗裂性能

水泥基材料的收缩开裂已经成为其破坏的一个主要原因,受到国内外关注,碳纳米管（CNTs）作为一种纳米纤维状材料,可能可以抑制水泥基材料收缩。本文将CNTs放入水中,经过超声处理分散后,形成CNTs分散液,设置不同的CNTs掺量将其掺入到水泥基材料中,通过波纹管实验及圆环试验对该种新型复合材料的自收缩及抗裂性能进行研究。结果表明:CNTs的掺入可以很大程度上抑制水泥基材料的自收缩,最高降低率可到40%以上,且明显提高了水泥基材料的抗裂性能。水灰比的增加会提高CNTs对水泥基材料收缩的抑制效果。当CNTs的掺量为0.1wt%时,可以获得最优效果。同时,CNTs的掺入不仅对水泥基材料自收缩有抑制作用,一定程度上也会抑制水泥基材料的干燥收缩。通过将CNTs掺入到建筑结构关键部分的水泥基材料中,可以提高建筑安全系数。      

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。     

氧化石墨烯增强水泥基复合材料的研究现状及展望

水泥水化进程复杂,所形成的水化产物缺陷较多,因而导致水泥基复合材料的力学性能及耐久性较差,如何对水泥水化行为进行调控成为了研究的热点。氧化石墨烯(GO)是由石墨氧化制备石墨烯的中间产物,因其存在大量的活性基团,在水泥基复合材料领域具有广阔的应用前景。概述了氧化石墨烯的选择及制备,论述了氧化石墨烯增强水泥基复合材料的流变性、微结构、物理力学性能及耐久性,重点阐述了氧化石墨烯对水泥基复合材料水化及性能调控的作用机理,针对当前研究中存在的问题进行了总结,并对未来的研究工作进行了展望。     

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.     

纤维增强碱激发水泥基材料的研究进展

碱激发水泥力学性能优异,化学耐久性强,是新型胶凝材料。本文综合评述了国内外关于纤维增强碱激发水泥基材料的研究进展,总结了各种纤维对碱激发水泥基材料性能的影响,重点介绍了钢纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维对碱激发水泥基材料的力学性能、收缩开裂及耐久性的影响,并提出了当前纤维增强碱激发水泥基材料研究中存在的问题和今后的研究方向。     

硅烷复合乳液对水泥砂浆干燥收缩性能及力学性能的影响

将氧化石墨烯/异丁基三乙氧基硅烷复合乳液(GO/lBTS复合乳液)和正硅酸四乙酯/异丁基三乙氧基硅烷复合乳液(TEOS/lBTS复合乳液)分别内掺到水泥砂浆中,研究了两种硅烷复合乳液在不同掺量下对砂浆在养护过程中的干燥收缩性能、水分散失和力学性能的影响.研究结果表明:GO/lBTS复合乳液能有效抑制砂浆的干燥收缩和水分散失,当掺量为2％时,砂浆干燥收缩量和水分散失量达到最小,而且力学强度达到平均最高;TEOS/lBTS复合乳液对砂浆干燥收缩和水分散失的抑制作用不明显,但是当掺量为2％时,力学性能达到最大,抗压强度和抗折强度分别提高了5％和17％;但两种硅烷复合乳液掺量不宜超过水泥质量的3％.通过SEM、EDS测试发现,GO/lBTS复合乳液会在砂浆内部形成一层分散均匀的絮状结构.另外,红外光谱测试结果表明,硅烷复合乳液通过化学键与水泥基材料相结合.