石墨烯水性分散及其水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能.pdf

1、石墨烯作為新興的二維碳納米材料，引起了國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注和深入研究。石墨烯憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能，作為增強材料被應(yīng)用到聚合物、陶瓷以及橡膠等基體中，能夠顯著地提高基體的韌性。利用石墨烯的增強增韌作用，改善水泥基體的低韌性、低抗拉等固有缺陷，具有重要的工程應(yīng)用價值。但對于石墨烯在水泥基材料中的應(yīng)用研究還很少，其在水泥基體中的微觀作用研究更是匱乏。
　　本文主要研究了石墨烯的水性分散工藝，包括表面活性劑非共價化學(xué)修飾和混酸共價化學(xué)

2、修飾，確定了本試驗的最佳分散工藝。并以此為基礎(chǔ)，研究了石墨烯水泥基復(fù)合材料的制備工藝，并對其抗折強度、抗壓強度及彎曲韌性展開系統(tǒng)研究。最后，利用多種微觀測試方法，深入探究石墨烯在水泥基體中的微觀作用機制。主要成果及結(jié)論如下：
　?。?）確定了本試驗中最適宜的石墨烯分散工藝：以聚氧代乙烯壬基苯基醚（CO890）作為石墨烯的分散劑，CO890與石墨烯的質(zhì)量比為5:1，最優(yōu)超聲功率為360 W，最小超聲時間為20 min。研究表明，CO

3、890不僅能夠吸附到石墨烯表面，還能夠與石墨烯邊緣的少量官能團相互作用，從而形成空間位阻效應(yīng)，阻止石墨烯的團聚。
　　（2）隨石墨烯摻量的增加，石墨烯水泥凈漿復(fù)合材料的力學(xué)強度呈先增大后減小趨勢。在水灰比為0.30時，摻加0.05 wt%的石墨烯水泥凈漿試件28 d的抗壓強度為95.6 MPa，抗折強度為13.4 MPa，與未摻加石墨烯的水泥凈漿試件相比，分別提高了25.2%和3.7%。當(dāng)石墨烯摻量為0.05 wt%時，水泥凈漿試

4、件具有最強的彎曲韌性，與空白試件相比，其彎曲韌性和斷裂點位移分別提高了55.9%和52.1%。
　?。?）石墨烯也能夠改善水泥砂漿的力學(xué)性能，在石墨烯摻量為0.05 wt%，養(yǎng)護28 d時，水泥砂漿試件的抗折強度提高了24.0%，而抗壓強度則提高了13.6%；在摻量為0.08 wt%時，石墨烯水泥砂漿的彎曲韌性達(dá)到最大值357.7 N·mm，比空白試件提高77.6%；斷裂點位移達(dá)到最大值0.313 mm，比空白試件提高58.9%；