论文部分内容阅读
水泥基复合材料(Cementitious composites)是世界上最主要的建筑材料,超高层建筑、大体积构筑物和大跨度桥梁等对水泥基复合材料提出了更高强、更耐久、更智能的要求。纳米材料的兴起为此提供了新的思路和可能性。一维纳米材料碳纳米管和二维纳米材料氧化石墨烯是目前最具潜在价值的水泥基复合材料纳米增强体。氧化石墨烯和碳纳米管都是碳基纳米材料,兼具强度极高、比表面积极大和导电性能极好等优异性能。本文通过试验研究了不同掺量的氧化石墨烯和碳纳米管对水泥基复合材料力学性能和耐久性的影响,取得了以下成果:(1)用紫外-可见分光光度计(UV-vis)对氧化石墨烯和碳纳米管在水中的分散性进行了表征,发现氧化石墨烯和碳纳米管能互相促进分散;用原子力电子显微镜(AFM)对氧化石墨烯进行了观察,发现超声分散后,氧化石墨烯的团聚和叠加被破坏,氧化石墨烯的厚度由2-4nm降低到小于1nm;(2)氧化石墨烯和碳纳米管都会降低砂浆的流动性,而20wt%的粉煤灰取代水泥能减弱这一影响;氧化石墨烯掺量为0.08wt%的试件的28d抗压强度最大,达到了61.4MPa,比OPC的43.5MPa提高了41.15%,三点弯曲试验结果表明0.04wt%的氧化石墨烯有较好的增韧效果,扫描电镜(SEM)观察到了碳纳米管的桥架作用和氧化石墨烯成核作用形成的致密水泥石结构;红外光谱分析没有发现氧化石墨烯和碳纳米管对水泥水化产物有显著影响;(3)300次冻融循环后试件的质量损失率和强度损失率揭示了氧化石墨烯和碳纳米管在改善水泥基复合材料抗冻性的作用,氧化石墨烯掺量为0.08%的试件300次冻融循环后仅有0.2%的质量损失率和11.5%的抗压强度损失;并从孔结构的优化和水泥石强度增大等方面解释了作用机理;(4)0.06wt%的氧化石墨烯掺入能大大提高材料的抗渗性,使其抗渗压力值达到1.5MPa,计算渗透系数为未掺氧化石墨烯/碳纳米管的OPC试件的5.3%,掺入氧化石墨烯和碳纳米管后,随着掺量的增大,试件由孔隙率大而渗透性大转变为空隙率小而渗透性小再转变成孔隙率大而渗透性小。