薄层石墨水泥基材料的性能研究

发布时间：2017-11-04 17:13

  本文关键词：薄层石墨水泥基材料的性能研究

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【摘要】：薄层石墨是天然鳞片石墨剥离的产物,属于片层结构明显的纳米碳材料,一般由单层、少层或多层石墨烯片层组成,广义上来说,石墨烯也属于薄层石墨的一种。薄层石墨的一般在获取石墨烯过程中得到,具有与石墨烯类似的结构及物理化学特性。因其具有超大比表面积、优异的导热导电性能、耐酸碱腐蚀性及较强的力学性能而拥有广泛的应用前景。本文根据发明专利CN 104889411 A所述方法制备薄层石墨,并将其掺入水泥体系中,以探究薄层石墨对水泥基材料性能的影响。为保证薄层石墨在水泥体系中均匀分散,首先确定能稳定分散薄层石墨的表面活性剂,并制成薄层石墨水相稳定悬浮液。然后按不同比例将薄层石墨悬浮液掺入水泥中,并通过测定水泥试件的力学性能及导电性能等评价薄层石墨对水泥基材料的影响。用于薄层石墨均匀分散的表面活性剂的优选。分别选用阳离子型、阴离子型、非离子型表面活性剂,包括CTAB、SDBS、PCE、PEG1000、PEG6000、PVA1788、PVP-K30、Tween80共八种表面活性剂,通过表面活性剂辅助超声分散的方式制备薄层石墨水相悬浮液,并通过观察沉降情况及吸光度测试确定稳定分散效果较好的表面活性剂及其掺量。分散效果较好的表面活性剂为PVP-K30,掺量为薄层石墨质量的7%。薄层石墨对新拌水泥浆体标准稠度用水量、凝结时间,以及其对水泥砂浆流动度的影响。按照PVP-K30掺量为薄层石墨质量的7%,制备薄层石墨悬浮液。并设置薄层石墨掺量为水泥质量的0.6%、1%、1.5%、2%,将薄层石墨悬浮液掺入水泥净浆及水泥砂浆中,并成型两组空白对照组,即基准水泥净浆(砂浆)及单掺0.14%PVP-K30的水泥净浆(砂浆),分别测定六组水泥净浆的标准稠度用水量及凝结时间,测定六组水泥砂浆的流动度。结果显示,薄层石墨的加入增加了水泥体系的用水量,在水灰比相同的条件下,薄层石墨的加入会降低水泥体系的流动度,且延长水泥凝结时间,具有缓凝作用,且水泥体系的用水量随着薄层石墨掺量的增加而增加,凝结时间也随掺量呈线性增长趋势。薄层石墨对水泥砂浆吸水率、毛体积密度及力学性能的影响。按照薄层石墨掺量0.6%、1%、1.5%、2%,将薄层石墨悬浮液掺入水泥砂浆中,制备薄层石墨水泥砂浆及空白对照组,测定六组水泥砂浆3d及28d抗折、抗压强度;另外,各组水泥砂浆标准养护28d后,将基准水泥砂浆及4组薄层石墨水泥砂浆放入105℃烘箱中烘干48h,并取出冷却至室温,分别测定5组水泥砂浆的毛体积密度,并根据烘干前后的质量变化,计算5组砂浆的吸水率。结果表明,薄层石墨的加入增大了水泥砂浆的吸水率,并随着掺量的增加呈增长趋势;同时,薄层石墨的加入在一定程度上降低了水泥砂浆的密度,主要是因为薄层石墨加入到水泥砂浆中,吸附并隔离了一部分的水,使拌合用水大大减少,砂浆流动性降低,水泥砂浆试块内部孔隙增多,密实度降低。但薄层石墨利用自身的优势,克服缺陷,仍在一定程度上起到增强力学强度的作用,且对抗压强度的作用更为明显。水泥砂浆的力学强度增长幅度随着薄层石墨的掺量呈现先增大后减小的趋势。薄层石墨对水泥砂浆导电性能的影响。制备掺量为0.6%、1%、1.5%、2%的薄层石墨水泥导电砂浆及基准对照组,测定五组导电砂浆3d、7d、14d、21d、28d,结果表明,水泥水化早期,薄层石墨对水泥砂浆的导电增强作用不明显,但在水化后期,薄层石墨的加入大大增加了水泥砂浆的导电性。随着薄层石墨掺量的增加,水泥砂浆的导电性呈先增长后降低的趋势。各项测试结果表明,薄层石墨的加入,在一定程度上延缓了水泥基材料的凝结,增加了水泥基材料的吸水率,从而增加了水泥体系的用水量,在水灰比一致的条件下,降低了水泥基材料的流动性,增加了其内部孔隙。但由于薄层石墨的优良特性,其自身良好的弥补了由于增加吸水率带来的缺陷,从而在一定程度上增加了水泥基材料的力学强度。另外,由于薄层石墨的超大比表面积及高导电率,将其掺入水泥基材料中能有效降低水泥基材料的电阻率,使其导电性能大大提高。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TQ172.1

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本文编号：1140346