石墨烯的分散性及其水泥砂浆的性能研究

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石墨烯是一种新兴的碳纳米材料,将石墨烯掺加到水泥基材料中,可以起到填充、桥接、模板等作用,因此近年来受到国内外研究学者的广泛关注。利用石墨烯的特性,将其添加到水泥基材料中可以起到增强增韧作用,改善水泥基材料的低韧性和高脆性等缺陷,具有重要的工程应用价值。本文针对石墨烯易团聚的特点,对石墨烯的分散性进行研究,优选出适用于分散石墨烯的表面活性剂(Surface active agent,以下简称SAA),并对石墨烯水泥砂浆的力学强度和干缩特性等性能进行了研究。主要研究内容如下:(1)通过表面张力试验测得各SAA的临界胶束浓度,从而确定本文石墨烯分散液的试验浓度。通过石墨烯分散液的静置试验分别对聚羧酸减水剂(PC)、胆酸钠(SC)、聚氧代乙烯壬基苯基醚(C0520)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)这5组SAA进行了观测和优选,并采用紫外/可见光光度计试验,确定了适用于分散本文石墨烯的SAA为PC、SDBS与CTAB。(2)通过能谱分析(Energy dispersive spectrometer,以下简称EDS)面扫描对石墨烯水泥砂浆中的石墨烯分布进行测试与分析,发现PG-3组(分散剂为PC,石墨烯掺量为0.03%)试件中碳元素分布最均匀且密度最大。而其它SAA组的石墨烯分散液由于孔隙的存在可以明显地观察到碳元素的不均匀分布,同时发现消泡剂的加入虽然改善了砂浆的孔隙结构并改善了力学强度,但试件内部碳元素的分布仍不均匀。(3)将分散性较好的SAA和石墨烯掺入到水泥砂浆中,对其力学强度、干缩特性、流动度以及吸水率等进行了试验研究。得出了不同SAA作用下,当石墨烯水泥砂浆的力学强度和干缩特性达到最优时的石墨烯掺量,确定为最佳掺量。并通过性能变化规律确定出对石墨烯水泥砂浆性能改善最优的SAA种类。(4)通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,以下简称SEM)和X射线衍射(X-ray diffraction,以下简称XRD)对石墨烯水泥砂浆进行测试,探索石墨烯对水泥砂浆的增强机理。SEM测试分析得出石墨烯水泥砂浆中水化产物增多,说明石墨烯的加入改变了水泥砂浆的孔隙结构。XRD测试也可发现石墨烯水泥砂浆中水化产物增多,但石墨烯的掺加并没有在砂浆中生成新相。
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