氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的研究.pdf

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1、吕生华等：氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的研究文章编号：1001—9731(2013)15-2227—05氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的研究吕生华，马宇娟，邱超超，巨浩波(陕西科技大学资源与环境学院，陕西西安710021)摘要：用Hummers法对石墨进行氧化后再用超延长混凝土的使用寿命到15O～200年。这种方法存声波进行分散制备纳米氧化石墨烯(GO)分散液。研在的主要问题是没有改变水泥自身微观结构，仅仅依究GO对掺有聚羧酸系减水剂(PCs)的水泥净浆流动靠高强度和高韧性的各种纤维，结果导致了高性能混度、粘度、凝结时间、石泥

2、石孔结构和水泥砂石的耐折凝土的高成本和稀缺资源的更大消耗，使得高性能混强度、抗压强度的影响。研究结果表明，纳米氧化石墨凝土难以推广使用。因此，寻求一种通过改变水泥水烯掺量为15mg／(100g水泥)时，使净浆流动度和凝结化产物的微观结构达到对混凝土的增强增韧及延长混时间稍有降低，所得石泥石的中大孔隙率减少，结构致凝土寿命的方法具有积极的意义。密，硬化水泥砂浆的耐折强度和抗压强度显著提高。石墨烯是迄今为止人类发现的强度最大、韧性最硬化水泥石的XRD和SEM测试结果表明，纳米氧化好、比表面积最大的材料口，氧化石墨烯(graphene石墨

3、烯片层对水泥水化晶体产物的形成有模板效应，oxide，GO)是化学法制备石墨烯的中间产物，其主要能够促使水泥石形成微小、形状统一的晶体结构，研究力学性能与石墨烯几乎没有区别，而且结构中含有羟纳米氧化石墨烯增强增韧混凝土对于构建高性能、长基(一OH)、羧基(COOH)、环氧基(一O一)等亲水寿命混凝土具有重要的意义。性基团，具有水溶性，对一些高分子材料口H]、无机非关键词：氧化石墨烯；水泥基复合材料；微观结构；增金属材料l1等具有显著的增强增韧作用。从结构和强增韧性能方面分析，GO对混凝土也具有增强增韧的可行中图分类号：TU528．5

4、9文献标识码：A性l】。本文主要考察了GO对水泥石中的微观结构、DOI：10．3969／j．issn．1001—9731．2013．15．021孔结构和耐折、抗压强度等的影响，提出了GO对水泥基复合材料的增强增韧作用机理，为用氧化石墨烯增1引言强增韧混凝土提供理论和实践基础。目前国内外混凝土的发展方向是高性能、绿色、长2实验寿命，其性能特征是具有高强度、高耐久性，需要解决的主要问题是脆性、裂缝和渗透等问题，解决的方法是2．1主要原料与试剂在传统混凝土组分中加入高效减水剂、活性矿物粉料石墨(粒度<30~m)，天津市盛淼精细化工有限公以

5、及掺入高性能化学纤维、钢纤维等口]，其核心是在司。浓硫酸(98)、过氧化氢溶液(HO。，30)、五氧化提高混凝土抗压强度的同时提高混凝土的耐折、抗冲二磷(P。O)、硝酸钠(NaNO。)、高锰酸钾(KMnO)和过击强度，提高混凝土的耐久性，延长使用寿命。早期国硫酸钾(KSO)，均为分析纯，成都市科隆化工试剂内外增强增韧混凝土的主要方法是制备钢筋混凝土、厂。微孔滤膜过滤(0．22p．m)，上海市新亚净化器件预应力混凝土，可使混凝土的使用寿命从2O～30年延厂。普通硅酸盐水泥声威牌P．O42．5、聚羧酸系减水长到5O～100年。目前，国内

6、外增强增韧混凝土、延长剂(PCs，固含量为4OVo，pH值为7．3)、标准砂，均由混凝土使用寿命的主要方法是依靠钢纤维、碳纤维、碳陕西天皓混凝土有限公司提供。表1示出了水泥的化纳米管、芳纶纤维等先进材料进行增强增韧。，可以学组成及主要参数。表1水泥的化学组成及主要参数Table1Chemicalcomponentsandmainparametersofcement化学组成(质量分数，)平均粒径密度Blaine值水泥Si02A12O3Fe2O3CaOMgOSO3K20Na2O(gm)(g／cm。)(cm／g)声威42．522．254．

7、432．9264．581．891．76O．95O．2313．63．123269*基金项目：国家自然科学基金资助项目(21276152)收到初稿日期：2012—12—16收到修改稿日期：2013—03—28通讯作者：吕生华作者简介：吕生华(1963一)，男，陕西乾县人，教授，博士生导师，主要从事水泥基复合材料及高分子材料研究。2228助曹幸料2013年第15期(44)卷2．2纳米氧化石墨烯片层分散液的制备水泥砂浆的力学性能按照GB／T17617—2007《水用Hummers法[_1对石墨进行氧化，将6g石墨泥胶砂强度检验方法》，测试抗

8、折强度和抗压强度。粉、3gNaNO。与60g浓硫酸在<35℃下搅拌j昆合均3结果与讨论匀，缓慢加入14gKMnO，反应24h后慢慢地加入1000g去离子水，升温至50℃继续反应2h。然后滴加3．1氧化石墨烯的结构表征16g过氧化氢溶液