發(fā)布時(shí)間：2021-04-14 09:49

　　水泥基材料是建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建造中最常用的材料之一,然而較差的抗裂性、抗拉強(qiáng)度和應(yīng)變能力限制它的應(yīng)用,因此研究改善水泥基材料的力學(xué)性能具有重大意義。隨著科技的迅速發(fā)展,納米材料被研究用于水泥基材料中,用以提高其力學(xué)性能和耐久性。石墨烯是一種二維碳納米材料,具有非凡的物理、化學(xué)性能,其特殊的二維平面結(jié)構(gòu)和更高的長(zhǎng)徑比使得它擁有其它納米材料無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),被廣泛地用于制造高性能復(fù)合材料。本文結(jié)合現(xiàn)有研究并通過(guò)引入石墨烯的兩種衍生物—石墨烯納米片和氧化石墨烯到水泥基材料中,基于普通硅酸鹽水化理論和水泥基材料微觀(guān)表征技術(shù),系統(tǒng)研究并分析了石墨烯納米片和氧化石墨烯對(duì)水泥基材料的水化作用和力學(xué)性能的影響。主要內(nèi)容如下:（1）石墨烯納米片/氧化石墨烯水泥基復(fù)合材料的制備�；谝延械难芯�,本文采用超聲波振動(dòng)結(jié)合添加表面活性劑方法對(duì)石墨烯納米片/氧化石墨烯進(jìn)行分散,制備得均勻的分散溶液,并參考相關(guān)規(guī)范制備水泥基復(fù)合材料以進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。（2）石墨烯納米片/氧化石墨烯對(duì)水泥水化作用的影響分析�；谒碚�,分別對(duì)復(fù)合水泥凈漿進(jìn)行了水化熱試驗(yàn)、掃描電鏡檢測(cè)、X射線(xiàn)衍射檢測(cè)等試驗(yàn),結(jié)果表明:石墨烯納米片和氧化石墨... 

【文章來(lái)源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

石墨烯及其衍生物化學(xué)表達(dá)式（a）石墨烯，（b）氧化石墨烯(GO)，（c）還原氧化石墨烯(rGO)

石墨烯納米片/氧化石墨烯增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料水化作用及力學(xué)性能研究4圖1.3石墨烯納米片的掃描電鏡圖:（a）分散前；（b）和（c）分散后[33]Figure1.3SEMimagesofGNPs:(a)beforedispersion;(b)and(c)afterdispersion[33]郝巍[34]研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）兩種分散劑和高速剪切、超聲振動(dòng)等分散方式對(duì)石墨烯納米微片（xGNP）在水性溶液中的分散的影響，并通過(guò)測(cè)量吸光度來(lái)表征其分散的效果好壞。試驗(yàn)結(jié)果表明，濃度為10mg/mL時(shí)，PVP具有最好的分散效果，靜置4個(gè)月還能保持90%分散性能。分散方式方面，高速剪切結(jié)合探針超聲分散的方法分散效果最好，分散性能提升大于7%。雖然研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯容易分散于水溶液中，但近期的一部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯會(huì)在堿性環(huán)境中發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，而水泥基材料偏堿性，如果貿(mào)然摻入會(huì)影響氧化石墨烯的提升效果，可能會(huì)造成負(fù)面影響。因此他們對(duì)氧化石墨烯在水泥基質(zhì)中的分散進(jìn)行了研究。WangB[35]等人選用阿拉伯樹(shù)膠、引氣劑（Microair905）及聚羧酸鹽（ADVA210和VCE）四種表面活性劑來(lái)作為分散劑，加入至氧化石墨烯溶液（GO）中，并分別倒入水泥孔溶液中，以此來(lái)研究分散劑對(duì)氧化石墨烯在堿性環(huán)境下分散效果。吸光度試驗(yàn)結(jié)果表明，聚羧酸鹽的高效減水劑ADVA210將GO分散在水泥堿性環(huán)境中的效果最好，表現(xiàn)為更高的吸光度值。景國(guó)健[36]選取聚四苯乙烯磺酸鈉（PSS）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和聚醚型聚羧酸減水劑（PC）這三種材料作為分散劑，加入到含有氧化石墨烯（GO）的溶液中，通過(guò)對(duì)比在CH溶液中的分散情況來(lái)模擬在水泥基體中的分散效果，結(jié)果如圖1.4所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，相比于其他分散劑，聚羧酸減水劑更能夠有效地提升氧化石墨烯在CH溶液中的分散。

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1.4摻入不同分散劑的氧化石墨烯溶液在CH溶液中的分散效果[36]Fig1.4DispersioneffectofGOsolutionmixedwithdifferentdispersantsinCHsolution[36]ZhaoL[37]等人在60℃條件下，將聚羧酸減水劑（PC）加入到氧化石墨烯（GO）溶液中，并結(jié)合超聲振動(dòng)制備獲得聚羧酸減水劑和氧化石墨烯混合溶液，他們通過(guò)對(duì)比對(duì)照組和混合溶液在堿性環(huán)境下的分散情況來(lái)表征這種方法的可行性，試驗(yàn)結(jié)果如圖1.5所示。結(jié)果表明通過(guò)引入聚羧酸減水劑能夠很好的處理氧化石墨烯在堿性環(huán)境中的團(tuán)聚現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯在水泥中的均勻分散并且優(yōu)化了可加工性。圖1.5氧化石墨烯在（a）飽和CH溶液中的團(tuán)聚現(xiàn)象和（c）含有NaOH和KOH溶液中的團(tuán)聚現(xiàn)象；聚羧酸減水劑和氧化石墨烯混合溶液在（b）飽和CH溶液中的分散和（d）在含有NaOH和KOH液中的分散[37]Fig1.5GOagglomeratesinsaturatedCHsolution(a)andmixedsolutionofNaOHandKOH(PH=13.5)(c);PC@GOdispersesinsaturatedCHsolution(b)andmixedsolutionofNaOHandKOH(PH=13.5)(d)[37]杜濤[38]選用聚羧酸減水劑（PC）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和12-氨基十二酸來(lái)比較對(duì)氧化石墨烯（GO）在水泥中分散的作用，在分散劑和氧化石墨烯混合溶液中加入少量水泥到，攪拌均勻后，靜置一段時(shí)間觀(guān)察沉淀情況。結(jié)果表明：相比于其它分散液，含有聚羧酸減水劑的混合溶液無(wú)明顯分層現(xiàn)象，分散較為均勻，這表明聚羧酸減水劑的摻入能夠明顯減少氧化石墨烯在水泥中的絮凝現(xiàn)象，能夠較大地改善氧化石墨烯在堿性環(huán)境下的分散性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]氧化石墨烯/水泥基復(fù)合材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和性能[J]. 呂生華,張佳,羅瀟倩,朱琳琳,倪蔡輝.  材料研究學(xué)報(bào). 2018(03)
[2]氧化石墨烯對(duì)水泥水化進(jìn)程及其主要水化產(chǎn)物的影響[J]. 王琴,李時(shí)雨,王健,潘碩,郭紫薇,呂春祥,CUI Xinyou.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2018(02)
[3]氧化石墨烯改性水泥砂漿力學(xué)性能及微觀(guān)機(jī)理研究[J]. 袁小亞,楊雅玲,周超,曾俊杰,肖桂蘭,劉紹利.  重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(12)
[4]氧化石墨烯對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的影響[J]. 萬(wàn)朝均,吳林烽,蔣玉萍,尹亞柳.  重慶建筑. 2017(09)
[5]石墨烯的分散性及石墨烯水泥基復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J]. 王寶民,姜瑞雙,趙汝英.  混凝土. 2016(12)
[6]Effect of graphene on mechanical properties of cement mortars[J]. 曹明莉,張會(huì)霞,張聰.  Journal of Central South University. 2016(04)
[7]氧化石墨烯增強(qiáng)磷酸鈣生物水泥[J]. 楊洪,張昊燁,陳新艷.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2016(04)
[8]聚乙烯纖維對(duì)超高性能混凝土性能的影響[J]. 黃政宇,李操旺,劉永強(qiáng).  材料導(dǎo)報(bào). 2014(20)
[9]二維碳材料——石墨烯研究進(jìn)展[J]. 顧正彬,季根華,盧明輝.  南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(03)
[10]納米材料晶粒鑒定方法的研究[J]. 吳萬(wàn)國(guó),丁音琴,黃清明.  福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2003(01)

博士論文
[1]氧化石墨烯水泥基材料性能及其應(yīng)用研究[D]. 劉春燕.西安建筑科技大學(xué) 2017

碩士論文
[1]摻入納米氧化石墨烯水泥基復(fù)合材料體積穩(wěn)定性研究[D]. 曾鞠慶.江蘇科技大學(xué) 2019
[2]基于分子動(dòng)力學(xué)理論氧化石墨烯增韌水泥基材料的機(jī)理研究[D]. 楊鐵軍.青島理工大學(xué) 2018
[3]礦物質(zhì)摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度和滲透性能的影響研究[D]. 李士洋.哈爾濱工程大學(xué) 2018
[4]石墨烯改性水泥材料的制備及其機(jī)理研究[D]. 景國(guó)建.濟(jì)南大學(xué) 2017
[5]石墨烯納米微片水泥砂漿復(fù)合材料研究[D]. 郝巍.山東大學(xué) 2017
[6]石墨烯水性分散及其水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能[D]. 姜瑞雙.大連理工大學(xué) 2017
[7]摻納米石墨烯片水泥基復(fù)合材料的機(jī)敏性研究[D]. 劉衡.武漢理工大學(xué) 2015
[8]氧化石墨烯水泥基復(fù)合材料性能研究[D]. 杜濤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[9]納米二氧化硅對(duì)水泥基材料性能的影響及作用機(jī)理研究[D]. 徐慶磊.浙江大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3137114