石墨烯的分散性及石墨烯水泥基复合材料的研究进展

石墨烯是一种新型二维碳纳米材料,具有优越的力学、热学和电学性能,是综合性能最好的纳米材料。石墨烯水泥基复合材料预期具备优异的强度、韧性、耐久性及导电等性能。结合石墨烯的特性,综述了石墨烯在水性溶液中的分散性及其在水泥基复合材料中的应用研究进展,同时分析了当前研究中存在的问题和不足,为进一步开展石墨烯水泥基复合材料的研究提供参考。     

石墨烯和碳纳米管水泥基复合材料研究进展

石墨烯和碳纳米管均为纳米材料,具有高强度、高导电性、高导热性等优点。石墨烯和碳纳米管应用到水泥基复合材料中能提高其强度、改善其耐久性、并使水泥基复合材料具有导电性和压敏性能。本文总结了石墨烯和碳纳米管的打散和氧化方法,归纳了石墨烯和碳纳米管对水泥基复合材料的增强增韧效果和机理,分析比较了其对水泥基复合材料耐久性、导电性和压敏性的影响,并总结了几种常用的细微观研究手段,为开展进一步研究提供参考。     

石墨烯水泥基复合材料的电学性能

为探究石墨烯水泥基复合材料的电学性能,通过四电极法测试了不同湿度、温度以及外荷载作用下复合材料的电阻率变化,考虑了石墨烯掺量对复合材料湿敏性、温敏性和压敏性的影响,并分析了其内在机理.结果 表明:石墨烯水泥基复合材料的电阻率随着相对含水量的减少而逐渐增加,高掺量石墨烯可以降低复合材料的湿敏性;环境绝对温度的升高会导致石...     

石墨烯水泥基复合材料早龄期电学及力学性能的研究

本文采用改进的Hummer′s法制备了氧化石墨烯(GO),通过FTIR、XRD和SEM等微观表征技术对GO表面的官能团、结构进行了表征。研究了同一水灰比及早龄期的条件下,GO掺量的变化对水泥基复合材料的力学、电学性能的影响。研究结果表明:GO可以明显增强水泥基复合材料早期强度,当GO掺量为0.03wt%时,水泥基复合材料抗折、抗压强度达到最大值13.8、63.4MPa,比空白样品分别增加了近58%、47%。同时本研究利用四电极法测试了GO水泥基复合材料的电导率,发现GO水泥基复合材料的电导率随石墨烯掺量的变化符合渗流理论。当掺入GO的量约为0.03wt%时,水泥基复合材料的电阻率下降到了一个相对稳定的数值,并且具有良好的压敏效果。     

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。     

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%。     

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%、15.1%、14.0%和9.9%、11.4%、15.4%。微观分析表明,石墨烯可加速水泥水化反应,使基体微观结构更加致密,从而显著提高水泥基复合材料的力学性能。     

水泥基复合材料的发展与展望

水泥基复合材料已由普通性能发展到高性能，并向功能化方向发展。经过复合技术，混凝土已不再是一种单纯抗压强度高的结构材料，而是具有高强度、高韧性、高耐久性、高工作性、高功能化的复合材料。     

仿木水泥基材料的发展研究综述

根据木材特性,结合现有水泥基材料着色、轻质化、强韧化和功能化四方面技术,可以制备出成本低、性能优、安全性高、轻质高比强的仿木水泥基复合材料,实现多维度性能的“仿木”。此外,对仿木水泥基材料的密度、强度、导热系数、颜料选择等指标提出了建议,并对未来的研究方向进行了展望。     

石墨烯/水泥复合材料的制备及电学、压敏性能研究

采用Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并经过1 000℃高温还原制备了还原氧化石墨烯(RGO)。采用红外光谱、拉曼光谱、透射电子显微镜等分析测试方法对GO与RGO的结构进行了表征。进一步将RGO引入水泥中,制备了石墨烯水泥复合材料,并研究了该类复合材料的电学性能和压力敏感性能。结果表明:石墨烯可以作为导电桥梁填充到水泥基体的空隙之中,因而可以显著提高复合材料的电学性能,并且石墨烯水泥复合材料具有典型的压力敏感性能,有望用于材料结构监测。     

氧化石墨烯纳米片层对水泥基复合材料微观结构和性能的影响

通过对石墨进行氧化和超声波分散制备了氧化石墨烯纳米片层(GON)分散液,研究了GON对水泥复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,GON能够调控水泥水化产物形成规整多面体状晶体及促使水泥基复合材料形成具有花状形貌的规整结构,使水泥基复合材料的抗压强度及抗折强度有明显的提高。研究认为,GON对水泥水化产物的形成有模板效应,能够促使水泥水化产物成为规整的多面体状晶体,这些多面体状晶体通过交织形成了规整有序的微观结构,研究结果对于提高水泥基复合材料强度和耐久性具有积极意义。     

石墨烯-羧基化碳纳米管水泥基复合材料的高温力学性能研究

测试了不同质量比的石墨烯-羧基化碳纳米管（G-CNT）水泥基复合材料在25、200、400、600℃下的质量损失、抗压强度和抗折强度。结果表明：400℃以内，添加G-CNT复合材料后水泥基复合材料的残余力学性能显著提高，对质量损失的影响较小，水泥基复合材料的耐高温性能提高；400℃时，掺入0.10%CNT和0.05%G的水泥基复合材料的抗压强度仅下降了21.43%;400～600℃时，结合XRD和SEM结果可知，水泥基复合材料的微观结构严重破坏，力学性能显著下降；G5C10组为最佳配比，25～400℃时，在最佳配比下，G、CNT复掺后可以延缓或抑制因为高温爆裂引起的微孔隙和裂缝的扩散，形成致密化结构，进而提高水泥基复合材料的耐高温性能。     

功能化碳纳米管增强水泥基复合材料力学性能研究

碳纳米管掺入水泥砂浆后易发生团聚缠绕,因此碳纳米管在水泥砂浆中的分散性是决定碳纳米管增强水泥基材料力学性能的重要指标。对碳纳米管进行功能化处理提高其在水泥浆中的分散均匀性,改善碳纳米管与基体间的界面连接,进而制备碳纳米管水泥砂浆试件,通过抗压、抗折、三点弯曲试验,研究功能化碳纳米管对水泥砂浆力学性能的影响。结果表明功能化碳纳米管水泥基复合材料较素水泥砂浆的力学性能有了提高,并且随着掺入量的增加,力学强度增加,但这种加强作用在碳纳米管含量约为0.05%时趋于饱和。和掺加未处理的碳纳米管水泥砂浆相比,试件掺入少量功能化碳纳米管即可达到力学性能峰值。     

微胶囊对水泥基复合材料自修复性能的影响综述

综述了掺微胶囊的水泥基复合材料自修复性能的研究成果，包括微胶囊的制备方法、微胶囊的自身性质、微胶囊对水泥基复合材料性能的影响、微胶囊修复水泥基复合材料的机理和修复效果，对比讨论了相关文献的试验结果，并展望了水泥基复合材料自修复性能研究的发展方向。     

氧化石墨烯对水泥胶砂力学及微观形貌的影响

氧化石墨烯(GO)在水泥基材料中存在着分散不均匀、易絮凝现象,为解决该问题,提高氧化石墨烯在水泥基材料中的使用效果,本文在合成聚羧酸(PC)减水剂的过程中添加氧化石墨烯,合成出一种新型的聚羧酸/氧化石墨烯(PC/GO)复合材料,研究了该复合材料对水泥胶砂力学性能及微观结构的影响。试验结果表明,在水泥胶砂中添加0.3%的PC/GO复合材料后,未发现GO的絮凝体,分散效果良好,且水泥胶砂的抗压强度比未添加GO时提高了20%,而且,微观结构测试结果显示胶砂在掺加复合材料后出现大量簇拥团聚生长的钙矾石,提高了胶砂整体的密实度,这也很好地对强度的提高做出了解释。     

基于石墨烯颗粒的水泥砂浆导电性能研究

采用二电极法测量GNPs导电水泥基复合材料试件的电阻值,研究添加掺量为2. 0%的石墨烯对水泥砂浆电阻率的影响。研究结果表明,石墨烯在水化初期(3 d和7 d)对提升水泥砂浆导电性能影响显著,而在水化中期(14 d)对于提升水泥砂浆导电性影响不太显著。     

PE纤维水泥基复合材料基本力学性能试验研究

在水泥基复合材料中掺入适量聚乙烯(PE)纤维得到PE纤维水泥基复合材料,可以很好的提升水泥基复合材料的弯曲性能,研究了PE纤维掺量、粉煤灰置换率等对PE纤维水泥基复合材料抗压强度以及弯曲性能的影响。试验表明,PE纤维掺量可以有效的提升材料的弯曲性能,但对其抗压强度影响不大,而粉煤灰置换率却可以有效地控制水泥基复合材料强度等级,对其弯曲性能也有明显增强。     

氧化石墨烯对再生混凝土改性试验研究

氧化石墨烯具有高强度、高导电性、高导热性等优点,将其用于水泥基复合材料中,可以提高其强度,改善其耐久性能。为研究氧化石墨烯对再生混凝土改性作用,对氧化石墨烯掺量为0%、0.02%、0.04%、0.06%的再生混凝土力学性能和抗冻性能进行了试验研究。结果表明:随着氧化石墨烯掺量的增加,再生混凝土的力学性能和抗冻性能得到有效改善;为研究氧化石墨烯对再生混凝土改性机理,通过电镜扫描试验观察再生砂浆的微观结构,掺入0.06%的氧化石墨烯后再生砂浆的微观结构得到了改善。     

新型水泥基复合材料的研究与应用

改善水泥基材料性能,开发功能性水泥基复合材料,以扩大水泥在现代工程中的应用范围及满足对特殊工程材料的需要。介绍水泥基复合材料最新的研究与应用,并对其中一些具有重要意义的材料如超高强水泥基复合材料、功能性和智能性材料的组成,性能及工艺作了阐述。     

微钢纤维掺量对水泥基复合材料相关性能的影响

为了研究微钢纤维掺量对水泥基复合材料相关性能的影响,采用普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、外加剂、以及微镀铜钢纤维进行水泥基复合材料配合比试验。设计和制作了三种不同纤维掺量的27组立方体、棱柱体、抗拉和抗折试件,通过试验,获得了不同纤维掺量下水泥基复合材料的力学性能,分析研究微钢纤维掺量与水泥浆复合材料相关性能的关系,建立了相应的数学模型。研究结果为普通水泥基复合材料的工程设计及工程应用质量评价提供参考依据。