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)。     

石墨烯改性水泥基材料的力学和收缩性能

研究了石墨烯对水泥基复合材料的抗压抗折强度、劈裂抗拉强度、流变性能等力学性能的影响,及石墨烯对水泥砂浆自收缩和干燥收缩等变形性能的影响.结果表明:石墨烯会增加水泥浆体的粘度,水泥净浆的流变特性符合宾汉姆流体模型;掺加适量石墨烯能够提升水泥基材料的力学性能,并且对水泥基材料的自收缩及干燥收缩具有显著的抑制效果.力学和收缩...     

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。     

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。     

氧化石墨烯改性混凝土的制备及其性能研究

在普通硅酸盐水泥P.O 42.5的基础上,采用掺杂量为0,0.03%,0.05%和0.07%(质量分数)的氧化石墨烯作为基体的增强相,制备了氧化石墨烯改性混凝土。测试了改性混凝土试样的孔隙率、力学性能、碳化性能和磨损性能,并对各指标的相关性进行了分析。结果表明,适量氧化石墨烯的掺杂促进了改性混凝土的水化反应,对水泥水化产物的结晶组成没有影响,且使水化产物尺寸得到细化,生成了更加规则的结晶化合物;随着氧化石墨烯掺杂量的升高,改性混凝土的孔隙率、碳化深度和磨损量均呈现出先降低后升高的趋势,而抗压强度和抗折强度表现出先升高后降低的趋势;当氧化石墨烯的掺杂量为0.05%(质量分数)时,孔隙率最低为27.53%,7和28 d的碳化深度均为最低值1.46和3.81 mm,磨损量为最低值1.24 kg/m²,28 d的抗拉强度和抗折强度均为最大值53.9和6.7 MPa。可知,当氧化石墨烯的掺杂量为0.05%(质量分数)时,改性混凝土的综合性能最佳。     

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。     

氧化石墨烯对水泥基复合材料自收缩的影响

氧化石墨烯(GO)表面富有大量的含氧基团,具有良好的亲水性,是新型纳米碳材料,会对水泥水化产物的形状及聚集态造成影响。本文将多层GO和水超声分散后形成GO分散液,对不同GO掺量的新拌水泥浆体的自收缩进行测试,并采用氮吸附法对其孔隙结构进行表征。结果表明,掺入GO会增加凝胶孔中的自由水,加快水泥水化速率,增大自收缩,且随着掺量的增加,自收缩会更加明显。由迟滞效应的特征推论出GO使得水泥浆体内部的孔隙呈现狭缝形。根据Kelvin方程的BJH法进行孔分布分析,探索GO对自收缩的调控机理。发现GO有助于细化内部孔径,使水泥浆体内部的大毛细孔向着小毛细孔转变,导致毛细孔压力增加,进而增加了水泥基复合材料的自收缩。     

KH550表面改性氧化石墨烯/酚醛树脂复合材料的力学性能和摩擦性能

采用Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化处理和超声剥离制备氧化石墨烯,通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)与氧化石墨烯(GOs)反应得到改性氧化石墨烯(MGOs)。采用模压成型方法制备MGOs/酚醛树脂(PF)复合材料。利用热重分析(TGA)、红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)分析其表面改性效果,研究不同MGOs含量的MGOs/PF复合材料的力学性能、摩擦性能,利用扫描电镜(SEM)观察复合材料磨损面的形貌。结果表明,GOs经KH550改性后彼此间形成共价键连接,MGOs的热稳定性显著提高;MGOs的加入能有效提高复合材料的力学性能和摩擦性能;其中,MGOs/PF复合材料的冲击强度提高了45.5%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了36.7%、26.7%。     

功能化氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的制备及力学性能研究

以壳聚糖为基体、氧化石墨烯为活性增强相,采用溶液复合的方法制备了氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料。为使氧化石墨烯均匀地分散在壳聚糖溶液中,对氧化石墨烯的表面进行了功能化处理。通过TEM、SEM、XRD、TGA和力学实验对氧化石墨烯的分散性,复合材料的结晶性能、热性能和力学性能进行了分析。研究结果表明,表面处理后的氧化石墨烯均匀分散于壳聚糖溶液中,未出现絮凝和团聚现象,复合材料中氧化石墨烯也以层片堆叠的方式存在。复合材料中壳聚糖基体的结晶峰位置和结晶度不随氧化石墨烯的加入而改变。复合材料的杨氏模量随着氧化石墨烯含量的增加而提高,断裂伸长率随氧化石墨烯含量增加而降低;当氧化石墨烯含量达到5%(质量分数)后,材料由韧性变为脆性,强度降低。复合材料的热稳定性随着氧化石墨烯含量的增加而提高。     

石墨烯及氧化石墨烯对水泥基材料水化过程及强度的影响

本工作采用超声分散方法将插层剥离法制备的石墨烯pG(Peeling graphene)及传统Hummers法制备的氧化石墨烯hGO(Hummers graphene oxide)制备成纳米片分散液,研究了两种分散液对水泥基材料凝结时间、水化产物微观结构及强度的影响。结果表明：两种纳米片分散液的掺入均能明显缩短水泥的凝结时间,减少水泥石内部的孔隙,使结构致密化,部分CH晶体呈现出由一位点向外发散的多面聚集的结构状态。pG和hGO的加入能加速水泥水化反应速率,未改变水化产物的种类,还可提高水泥基材料的力学性能,尤其是3 d抗折强度提高最为明显。掺pG的试件均比掺hGO的试件强度略高,这为成本低、尺寸可控、可批量生产的石墨烯产品在水泥基材料中的应用提供了广阔的应用前景。     

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.     

马来酸酐接枝氧化石墨烯并改性双马树脂复合材料的微观结构及力学性能

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并用马来酸酐(MAH)接枝改性制得MAH接枝氧化石墨烯(MAH-GO)。以二烯丙基双酚A (BBA)和双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂,4,4’-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺(MBMI)为反应单体合成MBMI-BBA-BBE (MBAE)树脂基体;并以MAH-GO为增强体通过原位聚合制得MAH-GO/MBAE复合材料,表征MAH-GO的微观结构及其对复合材料力学性能的影响。结果表明:MAH成功接枝在GO表面,片层结构清晰,且表面出现褶皱,采用化学滴定法测定接枝率约为11.32%。MAH-GO/MBAE复合材料的微观形貌结果表明,当适量的MAH-GO加入体系中后,MAH-GO/MBAE复合材料断裂纹呈"树枝状"无规则发散,为典型的韧性断裂。当MAH-GO添加量为0.5wt%时,MAH-GO在基体中分散均匀,MAH-GO/MBAE复合材料的冲击强度和弯曲强度分别为15.88 kJ/m²和142.13 MPa,比基体树脂分别提高了67.68%和43.61%,力学性能得到明显改善。     

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/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。      

氧化石墨烯调控水泥基材料形成大规模规整结构及其性能表征

将制备的GO与减水剂和拌合水超声处理后用于制备水泥基复合材料,研究结果表明,GO纳米片层在水泥基体中达到了均匀分散,水泥水化产物成为了规整形状的多面体状水化晶体,通过其交织交联形成了大规模规整致密的微观结构。当GO掺量为0.03%时,尺寸为30~190nm GO的水泥基复合材料28d时的抗压强度和抗折强度比对照样品分别提高了78.8%和112.7%,尺寸为110~410nm GO的水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度分别提高了72.3%和93.9%,水泥基复合材料的耐久性显著提高。同时提出了水泥基复合材料微观结构形成机理。     

原位聚合制备聚氨酯/氧化石墨烯纳米复合材料的力学性能和热稳定性能研究

采用两步投料法,将氧化石墨烯(GO)与4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)充分反应后、再加入聚醚多元醇和三羟甲基丙烷原位聚合制备聚氨酯(PU)/GO纳米复合材料。用广角x衍射、拉伸仪、热失重分析仪和扫描电子显微镜等研究了GO含量对PU/GO复合材料弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率和热稳定性能的影响。研究发现当GO含量为0.2%时,GO在PU基体内分散均匀未出现团聚现象;当GO含量增加时,出现GO团聚体,且随着GO含量增加而增加。GO团聚现象对PU/GO复合材料的力学性能和热稳定性提高具有不利的影响。未出现GO团聚体的PU/0.2%GO复合材料具有最佳力学性能和热稳定性。用连二亚硫酸钠、氢氧化钠水溶液就地还原制备还原PU/GO纳米复合材料(PU/rGO),研究GO还原对复合材料力学性能和热稳定性的影响。结果发现,GO在PU基体内可以实现一定程度的就地还原,还原后复合材料的力学性能有所下降,但热稳定性能有所提高。     

改性脲醛树脂注浆材料的制备及性能研究

考察了不同固化剂体系对脲醛树脂注浆材料性能的影响,并以纳米SiO2溶胶、水玻璃、碎玄武岩纤维为改性剂制备了改性脲醛树脂注浆材料。结果表明,氯化铵和磷酸复合固化体系具有较好的综合性能,固化时间为5.5min,压缩强度为4.94MPa,黏结强度为0.63MPa。3种改性剂中,碎玄武岩纤维改性效果最佳,当纤维用量为2%时,固化时间为6min,压缩强度和黏结强度分别为16.72 MPa和2.54 MPa,比未改性树脂分别提高240%和301%。经过煤矿井下破碎煤层注浆实验证实,该注浆材料可用于破碎煤层的注浆加固。