基于矿渣粉与氧化石墨烯协同效应的水泥基材料冻融损伤力学性能研究
发布时间：2021-06-11 04:47
氧化石墨烯可改善水泥基体的微观结构,从而大幅度提高水泥基材料的强度、韧性和耐久性等宏观性能,在复合材料领域内有着广阔的应用前景。研究表明,单掺氧化石墨烯时会降低水泥基材料的工作性能,而矿渣粉等矿物掺和料能显著改善水泥基材料的性能。故本文基于矿渣粉和氧化石墨烯的协同效应研究水泥基材料在冻融损伤条件下的性能。主要研究内容包括:1)考虑矿渣粉掺量、氧化石墨烯掺量和水胶比三个影响因素,设计正交试验方案,通过试验测试得到水泥砂浆的流动性,进一步分析得出流动性随各因素的变化规律;采用正交试验的极差分析法,研究流动性对各影响因素的灵敏性,并得到相对应的最佳配合比。2)采用实验室快冻法对矿渣粉和氧化石墨烯协同作用下水泥基材料的抗冻性能进行研究,分析水泥基材料的外观形态、质量损失率、相对动弹性模量等抗冻性能指标随各影响因素的变化趋势。采用正交试验极差分析法,研究抗冻性能对各影响因素的灵敏性,并得到相对应的最佳配合比。3)对冻融损伤后的水泥基材料的力学性能进行研究,利用单轴抗压试验、三点弯曲试验,测试其水泥基材料抗压和抗折强度。分析得出力学性能随氧化石墨烯和矿渣粉掺量、水胶比三种影响因素的变化规律;采用正...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氧化石墨烯催化水泥水化的机理示意图[15]
西安建筑科技大学硕士学位论文12表2.4标准砂的级配及化学成分级配成分粗砂中砂细砂SiO2含泥量/%烧失量/%3.7~3.13.0~2.32.2~1.6≥96%≤0.20≤0.403）矿渣粉采用由汉阴县天元工业废渣科技开发有限公司生产的S95级矿渣粉，密度为2910kg/m3，比表面积为418m2/kg，其质量指标符合国家GB/T18046-2008[37]《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准要求，化学成分如下表2.5所示：表2.5S95级矿渣化学成分成分SiO2/%Al2O3/%CaO/%FeO/%MnO/%S/%TiO2/%烧失量/%含量29.9215.5037.321.426.920.620.992.1图2.1为矿渣粉的粒径分布图，图中曲线分别表示累积分布变化曲线与频度分布变化曲线。其中表面积平均粒径（SMD）为5.11μm，体积平均粒径（VMD）为19.60μm，中位粒径为12.96μm。图2.1矿渣粉粒径分布图4）减水剂采用由苏州弗克科技股份有限公司生产的FDXRX-1-320聚羧酸高性能减水剂（缓凝型）。为确定减水剂的掺量，取矿渣粉120g（占胶凝材料40%）和水泥160g（占胶凝材料60%），将流动性控制在185±5（mm），可以得到加水量与减水剂掺量的相关数据，对测试的数据进行处理，得到图2.2。
西安建筑科技大学硕士学位论文13图2.2减水剂分布图由图可知，随着减水剂的增加加水量逐渐减小，当减水剂的掺量达到1.3%后，加水量趋于稳定，此时减水率达到36%。因此，本试验取减水剂的掺量为1.3%。2.2.2氧化石墨烯的测试和表征采用SE3522型氧化石墨烯，由常州第六元素材料科技股份有限公司生产，具体性能和表征如下。1）基本指标测定如表2.6所示，具体含有氧化石墨烯的PH值、固含量等指标。表2.6氧化石墨烯的指标型号PH固含量固含量相对偏差粒径（D50）/μmSE3522≈21.0%<4检测方法PH计烘干恒重法（105℃，1h,不抽真空）%2.0激光粒度仪，光学浓度2)成分分析表2.7中为氧化石墨烯的具体成分。从表中可以看出，C元素的含量最高，质量分数为46.76%，接下来是O元素的质量分数，为43.82%，而N元素的质量分数只有0.15%；在摩尔质量分数方面，同样的C元素含量最高，为58.442%，O元素的质量分数为41.075%，而S元素只有0.483%；氧碳摩尔比为0.670。表2.7氧化石墨烯的成分表元素分析EA(wt%)元素分析EA(mol,%)CHNOSCOS氧碳摩尔比*/mol46.762.780.1543.821.0358.44241.0750.4830.670*氧碳摩尔比=(O-4*S)/C
【参考文献】：
期刊论文
[1]全取代风积沙砂浆工作性与干缩性能研究[J]. 叶显,侯维红,吴文选,殷璐. 混凝土与水泥制品. 2019(03)
[2]PVA对氧化石墨烯/聚苯胺微观形貌及电化学性能的影响[J]. 侯朝霞,史鹏. 功能材料. 2019(02)
[3]氧化石墨烯对水泥基自流平砂浆性能的影响[J]. 张则瑞,吴建东,杨敬斌,周建和,李东旭. 材料导报. 2019(02)
[4]氧化石墨烯复合材料的制备及对铜离子吸附性能的研究[J]. 张建民,王晶,张继,李红玑. 粉末冶金技术. 2018(06)
[5]熔融法制备金属离子配位的氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料及其性能研究[J]. 林晨,谢续明. 高分子学报. 2019(02)
[6]氧化石墨烯复合PVA纤维增强水泥基材料的力学性能及耐久性研究[J]. 李相国,任钊锋,徐朋辉,刘卓霖,蒋文广. 硅酸盐通报. 2018(01)
[7]氧化石墨烯对水泥砂浆力学性能的影响[J]. 万朝均,吴林烽,蒋玉萍,尹亚柳. 重庆建筑. 2017(09)
[8]氧化石墨烯（GO）在水泥基复合材料中的应用研究进展[J]. 张则瑞,吴建东,王立国,李东旭. 硅酸盐通报. 2017(09)
[9]冻融循环作用后方钢管混凝土短柱性能研究[J]. 王凯,刘文豪,陈誉,王坚,谢旖,方焰,刘超. 广西大学学报(自然科学版). 2017(04)
[10]石墨烯/水泥基复合材料的性能研究进展[J]. 多亚茹,孙桂山,陈志健,陈印文,何辉. 粉煤灰综合利用. 2017(02)
博士论文
[1]氧化石墨烯水泥基材料性能及其应用研究[D]. 刘春燕.西安建筑科技大学 2017
硕士论文
[1]单面冻融条件下玄武岩纤维混凝土孔结构及力学性能研究[D]. 郭子麟.内蒙古工业大学 2018
[2]基于正交方法透水混凝土性能影响因素试验研究[D]. 付东山.西南科技大学 2017
[3]T10表面激光熔覆Ni/WC-La2O3工艺与熔覆层性能研究[D]. 欧阳志明.华东交通大学 2009
本文编号：3223842
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氧化石墨烯催化水泥水化的机理示意图[15]
西安建筑科技大学硕士学位论文12表2.4标准砂的级配及化学成分级配成分粗砂中砂细砂SiO2含泥量/%烧失量/%3.7~3.13.0~2.32.2~1.6≥96%≤0.20≤0.403）矿渣粉采用由汉阴县天元工业废渣科技开发有限公司生产的S95级矿渣粉，密度为2910kg/m3，比表面积为418m2/kg，其质量指标符合国家GB/T18046-2008[37]《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准要求，化学成分如下表2.5所示：表2.5S95级矿渣化学成分成分SiO2/%Al2O3/%CaO/%FeO/%MnO/%S/%TiO2/%烧失量/%含量29.9215.5037.321.426.920.620.992.1图2.1为矿渣粉的粒径分布图，图中曲线分别表示累积分布变化曲线与频度分布变化曲线。其中表面积平均粒径（SMD）为5.11μm，体积平均粒径（VMD）为19.60μm，中位粒径为12.96μm。图2.1矿渣粉粒径分布图4）减水剂采用由苏州弗克科技股份有限公司生产的FDXRX-1-320聚羧酸高性能减水剂（缓凝型）。为确定减水剂的掺量，取矿渣粉120g（占胶凝材料40%）和水泥160g（占胶凝材料60%），将流动性控制在185±5（mm），可以得到加水量与减水剂掺量的相关数据，对测试的数据进行处理，得到图2.2。
西安建筑科技大学硕士学位论文13图2.2减水剂分布图由图可知，随着减水剂的增加加水量逐渐减小，当减水剂的掺量达到1.3%后，加水量趋于稳定，此时减水率达到36%。因此，本试验取减水剂的掺量为1.3%。2.2.2氧化石墨烯的测试和表征采用SE3522型氧化石墨烯，由常州第六元素材料科技股份有限公司生产，具体性能和表征如下。1）基本指标测定如表2.6所示，具体含有氧化石墨烯的PH值、固含量等指标。表2.6氧化石墨烯的指标型号PH固含量固含量相对偏差粒径（D50）/μmSE3522≈21.0%<4检测方法PH计烘干恒重法（105℃，1h,不抽真空）%2.0激光粒度仪，光学浓度2)成分分析表2.7中为氧化石墨烯的具体成分。从表中可以看出，C元素的含量最高，质量分数为46.76%，接下来是O元素的质量分数，为43.82%，而N元素的质量分数只有0.15%；在摩尔质量分数方面，同样的C元素含量最高，为58.442%，O元素的质量分数为41.075%，而S元素只有0.483%；氧碳摩尔比为0.670。表2.7氧化石墨烯的成分表元素分析EA(wt%)元素分析EA(mol,%)CHNOSCOS氧碳摩尔比*/mol46.762.780.1543.821.0358.44241.0750.4830.670*氧碳摩尔比=(O-4*S)/C
【参考文献】：
期刊论文
[1]全取代风积沙砂浆工作性与干缩性能研究[J]. 叶显,侯维红,吴文选,殷璐. 混凝土与水泥制品. 2019(03)
[2]PVA对氧化石墨烯/聚苯胺微观形貌及电化学性能的影响[J]. 侯朝霞,史鹏. 功能材料. 2019(02)
[3]氧化石墨烯对水泥基自流平砂浆性能的影响[J]. 张则瑞,吴建东,杨敬斌,周建和,李东旭. 材料导报. 2019(02)
[4]氧化石墨烯复合材料的制备及对铜离子吸附性能的研究[J]. 张建民,王晶,张继,李红玑. 粉末冶金技术. 2018(06)
[5]熔融法制备金属离子配位的氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料及其性能研究[J]. 林晨,谢续明. 高分子学报. 2019(02)
[6]氧化石墨烯复合PVA纤维增强水泥基材料的力学性能及耐久性研究[J]. 李相国,任钊锋,徐朋辉,刘卓霖,蒋文广. 硅酸盐通报. 2018(01)
[7]氧化石墨烯对水泥砂浆力学性能的影响[J]. 万朝均,吴林烽,蒋玉萍,尹亚柳. 重庆建筑. 2017(09)
[8]氧化石墨烯（GO）在水泥基复合材料中的应用研究进展[J]. 张则瑞,吴建东,王立国,李东旭. 硅酸盐通报. 2017(09)
[9]冻融循环作用后方钢管混凝土短柱性能研究[J]. 王凯,刘文豪,陈誉,王坚,谢旖,方焰,刘超. 广西大学学报(自然科学版). 2017(04)
[10]石墨烯/水泥基复合材料的性能研究进展[J]. 多亚茹,孙桂山,陈志健,陈印文,何辉. 粉煤灰综合利用. 2017(02)
博士论文
[1]氧化石墨烯水泥基材料性能及其应用研究[D]. 刘春燕.西安建筑科技大学 2017
硕士论文
[1]单面冻融条件下玄武岩纤维混凝土孔结构及力学性能研究[D]. 郭子麟.内蒙古工业大学 2018
[2]基于正交方法透水混凝土性能影响因素试验研究[D]. 付东山.西南科技大学 2017
[3]T10表面激光熔覆Ni/WC-La2O3工艺与熔覆层性能研究[D]. 欧阳志明.华东交通大学 2009
本文编号：3223842
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