在發(fā)表在雜志上的一項研究中,研究人員研究了添加氧化石墨烯 (GO) 后,混凝土性能可明顯改善。
混凝土由于其高抗壓強度和低成本而成為應(yīng)用最廣泛的建筑材料。混凝土的主要限制是它是一種脆性材料,抗拉強度低,耐腐蝕性差。此外,在制造波特蘭水泥時,會釋放大量的CO2。因此,世界各地的研究人員都在努力提高混凝土的耐久性和機械性能。
近年來,納米材料的進步為改善混凝土性能提供了寶貴的機會。多項研究表明,納米二氧化硅、碳納米管和 GO 等納米材料可提高水泥復(fù)合材料的強度、韌性和耐久性。
研究人員使用的材料是普通波特蘭水泥 (OPC) 級、標(biāo)準(zhǔn)沙子和石墨烯。水泥和沙子用于制備混凝土,石墨烯用于制備 GO 懸浮液。使用的方法是濕對濕分層制造,在此期間,將含有 GO 的新鮮水泥砂漿層澆注在先前澆注的水泥砂漿層的頂部。
研究人員準(zhǔn)備了兩種水泥砂漿樣品:第一種是不含 GO 溶液的普通水泥砂漿,第二種是摻有 GO 的水泥砂漿。兩個樣品的水與水泥和砂與水泥的質(zhì)量比分別為 2.0 和 0.4。此外,為確保樣品具有相當(dāng)?shù)目杉庸ば裕{(diào)整了減水劑的量,并使用小型坍落度測試來確定可加工性。
將砂漿混合物澆注到模具中并在振動臺上混合,以確保樣品開發(fā)過程中的高度壓實。模具用聚乙烯板封閉,此外,在測試前將樣品模塑并在飽和石灰水浴中處理以防止水分蒸發(fā)。連續(xù)澆注新鮮水泥砂漿和含GO水泥砂漿,制備出GO梯度分布的層狀水泥砂漿梁。
普通水泥砂漿樣品的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像顯示出疏松多孔的微觀結(jié)構(gòu)。添加 GO 的水泥砂漿樣品的 SEM 圖像顯示出更致密的結(jié)構(gòu)。加入 GO 的砂漿水泥力學(xué)性能的改善是由于水泥微觀結(jié)構(gòu)的變化。
抗彎強度結(jié)果表明,隨著延遲時間的增加,強度達(dá)到最大值,然后下降。此外,強度不依賴于水泥層的厚度。發(fā)現(xiàn) GO 層厚度為 12 mm 且延遲時間為 50 分鐘時抗彎強度最高。最大彎曲強度取決于具有不同 GO 層厚度的樣品的延遲時間。
對分層水泥砂漿梁彎曲破壞后的圖像研究表明,GO 分層水泥砂漿梁和普通水泥砂漿梁之間的裂縫發(fā)展存在顯著差異。在普通水泥砂漿中,梁裂縫是完全垂直的,斷裂面比較平坦。
在含有GO的層狀水泥砂漿梁上,觀察到傾斜和曲折的裂縫。此外,與對照樣品相比,當(dāng)僅在樣品的拉伸區(qū)域添加 GO 時,層狀水泥砂漿梁的性能沒有改變。然而,樣品層之間形成的界面顯著影響了機械性能。此外,界面附著力也受到樣品中GO的延遲時間和數(shù)量的影響。
快速氯離子遷移 (RCM) 測試表明,少量的 GO 可以顯著減少氯離子的進入,并且當(dāng) GO 的量增加時,RCM 效應(yīng)也增加。增加的原因是 GO 納米片的存在增加了水泥基體的彎曲度,從而通過化學(xué)鍵固定了水和氯離子的遷移。
研究人員使用連續(xù)層的砂漿水泥和摻入 GO 的砂漿水泥開發(fā)了功能分級的水泥砂漿梁。研究了每個摻有 GO 的水泥砂漿層的厚度和延遲時間對力學(xué)和耐久性性能的影響。
研究表明,納米材料 GO 可用于部分膠凝復(fù)合材料,以改善機械性能。該方法提供了一種在水泥基材料中有效使用納米材料的新方法。未來的研究應(yīng)該研究提高摻有 GO 的水泥砂漿層和不含 GO 的水泥砂漿層之間界面粘合力的方法。
審核編輯 :李倩
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原文標(biāo)題:萬能的石墨烯,這次添加到混凝土里,效果超乎想象
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