氧化石墨烯的制备及对水泥基材料力学性能的影响研究

发布时间：2020-06-08 09:39

【摘要】：由裂缝问题导致混凝土结构失效的情况非常严重,轻者会影响结构的正常使用或缩短结构的使用寿命,重者会产生灾难性的事故,给国家和人民带来巨大损失。在实践中,混凝土结构提早遭到破坏,需要修理、加固,甚至需要重建,耐久性不良造成极大的人力、物力和财力浪费。混凝土裂缝不仅影响了混凝土的美观程度,造成安全隐患,也降低了混凝土的结构承载力,同时引起钢筋锈蚀,影响着混凝土的强度以及耐久性。因此,对于裂缝的控制,是我们急需解决的问题。氧化石墨烯(GO)由于良好的力学性能和稳定性(无化学活性和降解风险),被用于水泥基材料中。目前,常用制备GO的方法,主要包括Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法等。前两种方法在制备GO的过程中,可能会产生ClO_2和NO_x等有害气体。Hummers法虽无有害气体产生,但此反应过程中需控制的因素较多,过量的KMnO_4、K_2FeO_4、KClO_3等也会造成潜在的污染,且操作流程复杂。为了优化制备流程和实验参数,本文采用电化学方法来制备GO,这种方法不需用到强氧化剂以及有毒试剂,成本低廉,环保绿色,而且电化学法工艺操作简单,氧化时以更多地离子插入方式剥离而减少氧化程度,制备的GO材料有更好的物理化学性质。本文在研究阳极CFRP的劣化机制时,通过对溶液进行回收并分析,发现了类似GO的物质。通过用CFRP板做阳极,不同浓度的NaCl溶液作电解液(3%、10%和20%),在外加电流分别为4 mA和10 mA的条件下成功制备了GO。然而由于回收溶液中氯离子的存在,对混凝土结构的安全性构成巨大的隐患。因此,本文尝试用一种对混凝土无害的溶液作为电解液来制备GO,并掺入到水泥基材料中,测试其力学性能。通过用CF和石墨棒(SMB)做阳极,自来水作电解液,在不同的外加电流(4 mA、10 m A、20mA和30 m A)和电极距离(1 cm、2 cm、3 cm、4 cm和5 cm)下来制备GO,发现要得到浓度较高的以GO为主的溶液,外加电流分别为10 mA和30 mA,电极距离分别为2 cm和3 cm的条件应优先选择。关于阳极材料的选择,石墨棒相比于CF布和CFRP板,来源丰富成本低廉,因此本文着重研究了用石墨棒(SMB)做阳极,在不同的外加电流(10m A和30 m A)和电极距离(2 cm和3 cm)下来制备GO的方案,通电时间为8天。通过GO标定曲线,计算不同条件下制备的GO浓度,按0.08%(占水泥固体的质量)的掺量加入到水泥基材料中,研究GO对水泥基力学性能的影响。研究结果表明,GO的掺入提高了水泥砂浆的抗折强度,而对抗压强度的影响不大。
【图文】：

氧化石墨,理论结构

图 1.1 氧化石墨烯的理论结构图ak 等[62]研究了 GO 对水泥基复合材料力学性能的影响。片在水泥中的分散性。其中 GO 的掺量从 0.1%到 2%（占减水剂的用量为 0.5%，与没有掺 GO 的水泥浆体进行对比水泥砂浆的抗拉强度，当掺量为 1.5%时，抗拉强度增加）观测掺有 1.5% GO 的样品断裂表面，发现纳米 GO 薄片。此外，XRD 结果表明相比于普通的混凝土砂浆，含有胶有显著的增长。ar 等[63]研究了 GO 纳米片对水泥浆体的力学性能和孔径分、0.02%、0.03%、0.04%和 0.05%（占水泥质量的百分比表明，当 GO 的掺量分别为 0.02%和 0.03%时，，水泥基复合分别提高了 13%和 41%。通过扫描电镜（SEM）进行观测减小，微观结构有显著的改善，从而提高复合材料的力学

几何尺寸,单位,酚醛环氧树脂,双氰胺

P 中的体积分数为 60%。CFRP 中表 2.1. CFRP 中环氧树脂的化学组成成分含量酚 A 型环氧树脂 37-3性酚醛环氧树脂 19-2双氰胺 5-6基乙基酮 (MEK) 36-3何尺寸如图 2.1 所示，它包含 3 个0 mm，测试的表面积为 1500 mm封胶保护，长度为 70 mm；第三次研究的 CFRP 的厚度为 2.00±0
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】