【摘 要】
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碱激发胶凝材料是一种环境友好型建筑材料,具有良好的发展前景,被视为普通硅酸盐水泥的最佳替代品。由于材料的宏观性能取决于其微观结构,很多学者尝试将纳米材料加入到碱激
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碱激发胶凝材料是一种环境友好型建筑材料,具有良好的发展前景,被视为普通硅酸盐水泥的最佳替代品。由于材料的宏观性能取决于其微观结构,很多学者尝试将纳米材料加入到碱激发材料中,通过改善内部结构以提高基体的力学性能及耐久性,并取得了不错的效果。石墨烯(Graphene)被认为是目前综合性能最优异的纳米材料,具有出色的物理及电学性质,如极大的比表面积、高机械强度、高导热性及导电性。近年来,石墨烯增强复合材料在世界范围内掀起了研究热潮,其中石墨烯在基体中的分散性是其在复合材料中能否发挥优异性能的重要因素。纳米Ti O2具有热力学稳定性、表面张力大以及分散性好等性质。在石墨烯片层上沉积纳米颗粒是改善石墨烯分散性的有效方式。本文围绕二氧化钛/石墨烯的制备及碱激发矿渣复合材料力学性能及抗渗性能进行了系统的研究,并结合一系列微观测试对石墨烯的作用机理进行了较为全面和深入的探索。主要研究内容如下:1.为制备分散性良好的石墨烯,利用纳米二氧化钛插层法得到二氧化钛/石墨烯复合材料(Ti O2/RGO)。系统地研究了二氧化钛/石墨烯的制备方法及原理,并结合分散液稳定静置时间法以及红外光谱分析、拉曼、透射电镜等测试方法对改性石墨烯在水中的分散性和微观结构进行表征。结果表明:石墨烯层间的二氧化钛可以有效克服石墨烯的层间范德华力,从而解决石墨烯由于层间范德华力导致的团聚问题。对比普通石墨烯发现,经二氧化钛改性的石墨烯悬浮液分散性良好,不会随着时间的推移出现分层现象。2.通过抗折、抗压和四点弯曲试验,对比研究石墨烯/碱激发矿渣复合材料和普通碱激发矿渣的力学性能,并结合XRD、SEM等一系列微观测试分析石墨烯的作用机理。研究结果表明:石墨烯/碱激发矿渣砂浆在不同龄期的力学性能(抗折强度、抗压强度),较普通碱激发矿渣砂浆均有明显提高。当添加0.03%石墨烯时,碱激发矿渣复合材料的弯曲韧性较空白试样提高了80%以上。石墨烯表面丰富的褶皱纹理可以增加与基体水化产物的接触面积与机械咬合力,从而产生强烈的相互作用,并通过裂纹偏转和分支以及石墨烯的拉出等增韧机制,显著地改善复合材料的弯曲韧性。3.水分的渗透对碱激发材料耐久性的影响重大。通过吸水性试验、抗氯离子渗透试验以及压汞测试,对比研究了石墨烯/碱激发矿渣砂浆和普通碱激发矿渣砂浆的渗透性。研究结果表明:石墨烯的掺入能够明显的改善碱激发矿渣砂浆的孔隙结构,复合材料抗渗透性和抗氯离子侵蚀性能得到显著提高,此结果对石墨烯/碱激发矿渣复合材料耐久性的深入研究具有重要的意义。
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