氧化石墨烯对水泥粉煤灰体系的性能影响及作用机理研究

发布时间：2020-06-25 15:16

【摘要】：现代混凝土中,粉煤灰已成为胶凝材料组成中不可缺少的一部分,其不仅可以增强混凝土后期强度和耐久性,还能够节能减排,减小环境负荷。但是,粉煤灰的掺入一方面会降低水泥基材料的早期性能,另一方面粉煤灰的掺入会对增大浆体的流动性,自身易上浮,因此如何提升粉煤灰掺入后的早期性能成为了现阶段研究的焦点之一。氧化石墨烯(Graphene oxide,简称GO)是一种新型的二维纳米材料,其不仅可以提高水泥基材料的全龄期强度,还能够增加浆体的粘度同时提高试块的耐久性。但是,添加GO到水泥浆体中可能会造成浆体过粘,影响其工作性能,同时GO还存在收缩大等缺点。将GO掺入到水泥粉煤灰(cement-fly ash,简称C-FA)体系中,可以使GO和粉煤灰互相弥补不足,同时还能够加强其优点。目前关于GO对C-FA体系影响的研究较少,无法对其影响形成统一的结论。因此,本文在上述研究的基础上,通过一系列实验,系统地探讨了GO对C-FA胶凝材料体系在流变、水化及性能上的影响。试验通过精细流变仪针对GO对C-FA体系的流动度、流变参数及其流动度的相关性进行了研究。研究结果表明由于GO具有超大的比表面积,加入到C-FA体系中后,随着其掺量的增加,浆体中絮凝结构的生成量也随之增加。粉煤灰掺量20%时,GO掺量0.03wt%较掺量0.01wt%的组别的屈服应力及塑性粘度分别提升了24.9%和34.0%,同时降低浆体的流动性降低了30.6%。由于浆体中的粉煤灰能够在一定程度上破坏由于GO的存在而形成的絮凝结构,因此两者相互协同,一方面防止了粉煤灰的掺入造成的浆体变稀粉煤灰上浮,另一方面也防止了GO造成的浆体粘度增加工作性降低。试验针对GO对C-FA体系的结合水含量、粉煤灰反应程度、热重分析、水化温升、氢氧化钙晶型及水化产物形貌等方面进行研究。研究结果表明GO对C-FA体系的早期水化没有明显影响。但GO前期能够细化水泥石中氢氧化钙的晶体尺寸,粉煤灰掺量20%时,GO掺量0.03%较未掺加GO的组别晶体尺寸减小了9.2%,有效地促进了其与凝胶的粘结力,加强体系的早期性能。同时GO后期能够促进C-FA体系中粉煤灰的二次水化,从而提升体系后期性能。试验针对GO对C-FA体系的强度、孔结构、收缩以及抗氯离子渗透性能进行研究。研究结果表明GO掺入到C-FA体系后可以显著增强试块全龄期的抗压及抗折强度。尤其在3天龄期时,组别GO-3 FA-10相较GO-0 FA-10抗压强度增长12.1%,抗折强度增长21.4%,显著地提升了硬化浆体的早期强度,改善了C-FA体系早期抗折强度较低的缺点。GO能够改善水泥石后期的孔结构,使得60天龄期水泥石的孔隙率降低,组别GO-3 FA-20较组别GO-0 FA-20总孔体积降低了约13.7%。同时GO的掺入会使全龄期下100nm的孔体积增大,过渡孔及凝胶孔体积均有增加。随着GO掺量的提升,试块的收缩增大,粉煤灰的掺入能够减小收缩。GO的掺入减少了试块中连通液相,因而增强了C-FA体系的抗氯离子渗透性能。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

粒度分布,粉煤灰,粒度分布,水泥化学分析

表 2-1 基准水泥化学分析（%）Table 2-1 Chemical analysis of datum cement（%）2O3Fe2O3CaO MgO .42 3.16 62.59 2.91 表 2-2 基准水泥技术性能指标Table 2-2 Technical performance index of datum cement比表面积m2/kg标准稠度%凝结时间（min）抗压强度（M初凝终凝 3 天 28350 25.6 132 198 5.6 —验所用粉煤灰均为北京青年路混凝土有限公司提比 96%，颜色为灰色。一级粉煤灰的化学分析结（包含基准水泥）根据马尔文激光粒度仪检测得出

原子力显微镜,透射电镜,尺寸,厚度

表 2-3 粉煤灰化学分析（%）Table 2-3 Chemical analysis of fly ash（%）Al2O3Fe2O3CaO MgO SO331.91 7.86 5.21 0.31 1.79 剂结果表明[46]，聚羧酸减水剂的应用不仅能够使纳米材料在浆体好的发挥纳米材料的特点及作用，同时还可以对水泥石起到泥石的强度以及耐久性等。有试验所用减水剂均为大连 Sika 建筑材料有限公司生产的聚羧isconcrete 3301MK，颜色为浅黄色。初始固含量为 41.2%，试 20%。有试验所用砂均为厦门艾思欧标准砂有限公司生产的中国 ISO分散液

【参考文献】