氧化石墨烯复掺纤维水泥基复合材料研究综述

氧化石墨烯(GO)作为石墨烯(G)的衍生物有着与石墨烯相类似的力学性能和导热性能等优异性能,并且其亲水性官能团使其相比于石墨烯来说更容易在水中分散从而更容易与水泥基相结合。大量研究已表明GO掺入水泥基中不但可以增强水泥基的力学性能和耐久性能还可以增强水泥基的电磁屏蔽性能、导热性能等性能,为多功能型、智能型混凝土的开发提供了可能。以GO复掺其他功能纤维材料在水泥基中的应用为中心,简述了GO的性能特点、结构特质从而表明GO在水泥基材料中应用的广度和范围,并重点综述了GO的分散性研究和GO复掺纤维水泥基的工作性能、水化过程、力学性能、耐久性能、功能性能的研究,并对未来GO复掺纤维水泥基材料研究的方向进行了展望。

石墨烯水泥基复合材料的分散工艺与性能研究进展

石墨烯水泥复合材料不但具有低密度和高比表面积等优点,同时也结合了二维碳纳米材料自身的柔软性和优良的力学、电学性能。由于石墨烯在水中的分散较为困难,易于团聚,导致其对水泥性能的提升作用有限,因此石墨烯的分散问题是优化水泥基材料性能的关键。本文主要阐述了石墨烯在水泥基材料中的分散工艺、对水泥基材料性能的增强,并总结概述了现阶段石墨烯水泥基复合材料在多个领域中的应用研究进展。

EPS颗粒对超轻水泥基复合保温材料性能的影响

聚苯乙烯泡沫塑料颗粒(EPS颗粒)作为水泥基复合保温材料的超轻骨料,对水泥基复合保温材料力学性能、热工性能影响显著。以水泥为胶凝材料,EPS颗粒、混合材、泡沫剂和改性剂、水等为主要原料,采用物理发泡工艺制备干表观密度不大于120 kg/m^(3)的超轻水泥基复合保温材料(UCIM)。通过设计不同体积掺量的EPS颗粒,分析EPS颗粒掺量对泡沫混凝土基体孔结构、超轻水泥基复合保温材料强度和热工性能的影响规律。结果表明,适宜掺量EPS颗粒可显著提高超轻水泥基复合保温材料抗压强度和抗拉强度,并确保超轻水泥基复合保温材料具有良好的热工性能,即通过EPS颗粒与泡沫混凝土基体的协同作用,协调力学性能和热工性能,制备出高性能超轻水泥基复合保温材料。

硅灰对超轻水泥基复合保温材料性能的影响

超轻水泥基复合保温材料(UCIM)是以水泥为胶凝材料,膨胀聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)颗粒、掺合料、泡沫剂、改性剂和水等为主要原料,采用物理发泡工艺制备而成。UCIM由EPS颗粒与泡沫混凝土基体互穿构成,不同品种的掺合料等效替代水泥后,能不同程度影响水泥浆体对EPS颗粒的包裹性,从而影响UCIM结构的均匀性与制品性能。通过设计不同掺量的掺合料,对比硅灰、偏高岭土及矿粉所制备的UCIM的均匀性及强度,结果表明,当采用硅灰时,UCIM未产生分层离析现象且制品强度试验结果较好;通过微孔拍摄及强度、热工性能测试,系统研究了硅灰掺量对UCIM的泡沫混凝土基体的孔结构、强度和导热系数的影响,结果表明,适宜掺量的硅灰能提高UCIM的力学性能,使UCIM的泡沫混凝土基体的平均孔径减小,进而有利于降低UCIM导热系数。

氧化石墨烯对水泥基复合材料微观结构和力学性能的影响（英文）

研究了不同掺量下氧化石墨烯(GO)对水泥石以及胶砂微观结构和力学性能的影响。含16.5%水的水泥浆、0.05%GO及3倍于水泥的沙子共混物作为添加剂制备成砂浆。通过SEM、液氮吸附仪和一系列标准实验分别对水泥石的微观形态、孔隙结构、抗压抗折强度以及水泥净浆的流动度、黏度、凝结时间进行表征;考察不同GO掺量下水泥水化放热的变化情况。结果表明:GO对水泥浆有显著增稠和促凝作用;GO的掺入可以有效降低水泥的水化放热量;GO对水泥石有显著的增强增韧效果,28天龄期时,GO质量分数为0.05%的水泥石,3、7和28 d抗压强度和抗折强度同比对照组分别增加52.4%、46.5%、40.4%和86.1%、68.5%、90.5%,胶砂的抗压强度和抗折强度同比对照组分别增加43.2%、33%、24.4%和69.4%、106.4%、70.5%;GO在水泥硬化过程中对水泥石中晶体产物的产生有促进作用并能规整晶体的排布而形成针状晶体簇,改善水泥石中的孔结构,降低水泥石中微孔的体积,增加水泥石的密实度,对水泥石有显著地增强增韧效果。

氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的研究

用Hummers法对石墨进行氧化后再用超声波进行分散制备纳米氧化石墨烯(GO)分散液。研究GO对掺有聚羧酸系减水剂(PCs)的水泥净浆流动度、粘度、凝结时间、石泥石孔结构和水泥砂石的耐折强度、抗压强度的影响。研究结果表明,纳米氧化石墨烯掺量为15mg/(100g水泥)时,使净浆流动度和凝结时间稍有降低,所得石泥石的中大孔隙率减少,结构致密,硬化水泥砂浆的耐折强度和抗压强度显著提高。硬化水泥石的XRD和SEM测试结果表明,纳米氧化石墨烯片层对水泥水化晶体产物的形成有模板效应,能够促使水泥石形成微小、形状统一的晶体结构,研究纳米氧化石墨烯增强增韧混凝土对于构建高性能、长寿命混凝土具有重要的意义。

氧化石墨烯增强水泥基复合材料的研究现状及展望

水泥水化进程复杂,所形成的水化产物缺陷较多,因而导致水泥基复合材料的力学性能及耐久性较差,如何对水泥水化行为进行调控成为了研究的热点。氧化石墨烯(GO)是由石墨氧化制备石墨烯的中间产物,因其存在大量的活性基团,在水泥基复合材料领域具有广阔的应用前景。概述了氧化石墨烯的选择及制备,论述了氧化石墨烯增强水泥基复合材料的流变性、微结构、物理力学性能及耐久性,重点阐述了氧化石墨烯对水泥基复合材料水化及性能调控的作用机理,针对当前研究中存在的问题进行了总结,并对未来的研究工作进行了展望。

石墨烯的分散性及石墨烯水泥基复合材料的研究进展

石墨烯是一种新型二维碳纳米材料,具有优越的力学、热学和电学性能,是综合性能最好的纳米材料。石墨烯水泥基复合材料预期具备优异的强度、韧性、耐久性及导电等性能。结合石墨烯的特性,综述了石墨烯在水性溶液中的分散性及其在水泥基复合材料中的应用研究进展,同时分析了当前研究中存在的问题和不足,为进一步开展石墨烯水泥基复合材料的研究提供参考。

石墨烯水泥基复合材料的电导率研究

为提高水泥基材料的导电性,制备了石墨烯水泥基复合材料。利用四电极法测试复合材料的电导率,研究石墨烯掺量、水灰比、养护龄期和含水量对体系电导率的影响。并通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的微观形貌。结果表明:体系电导率随石墨烯掺量的变化符合渗流理论,进一步运用Logistic函数来描述石墨烯水泥基复合材料电导率与石墨烯掺量的关系。微观分析表明体系的电导率主要取决于水泥基体中石墨烯的分布和接触情况。当石墨烯掺量超过渗流阈值后,养护龄期和含水量对体系电导率影响不大。

掺石墨水泥基复合材料电磁波吸收性能研究

以水泥净浆为基体、高纯石墨粉为电磁波吸收剂,制备了掺石墨水泥基复合材料。采用矩形波导法测试不同石墨掺量下的水泥基复合材料的电磁参数,并基于传输与阻抗理论计算得到试验样品的反射损耗RL,另外又定义了损耗因子tanδ,最后根据广义匹配定律定义了M值。结果表明,15%石墨的水泥基复合材料低频段具有较高的介电常数,且其在吸波层厚度为5 mm时,出现两个吸收峰,分别为RL=-34.9 d B和RL=-53.75 d B,反射损耗RL〈-10 d B的频带达到0.43 GHz（3.62∽3.95 GHz）,有效吸收频带较窄。此外,石墨粒径组成尺寸对掺石墨水泥基复合材料吸波能力有一定影响。

嵌入式碳纤维石墨水泥基复合材料的压阻特性

将碳纤维石墨水泥基复合材料(CFGCC)试块(40 mm×40 mm×40 mm)预埋入混凝土柱(100 mm×100 mm×300 mm)中,利用四电极法研究了CFGCC试块在混凝土柱受到不同幅值循环荷载作用下的电阻性能.结果表明:CFGCC试块电阻变化率与混凝土柱压应力呈现良好的对应关系,因此,CFGCC有望成为混凝土结构长期健康监测的新一代传感材料.

铁氧体、石墨及碳纤维水泥基复合材料的电磁屏蔽性能研究

通过设计正交实验的方式研究了复掺铁氧体、石墨和碳纤维水泥基复合材料材料的电磁屏蔽效能。结果表明:在30～1500 MHz频率范围内,影响电磁屏蔽效能的主次因素分别为碳纤维、铁氧体和石墨。铁氧体、石墨和碳纤维最佳掺量为占水泥质量比34. 4%、25%和1. 9%,其平均电磁屏蔽效能达到33. 51 d B,且电磁屏蔽效能随着试样厚度的增加而线性增大。在200～1500 MHz范围内,掺入铁氧体和碳纤维的平均屏蔽效能在37 d B左右,而掺入石墨和碳纤维的平均屏蔽效能在31 d B左右,复掺铁氧体和碳纤维试样的电磁屏蔽效能要比复掺石墨和碳纤维的屏蔽效果好。

石墨烯和碳纳米管水泥基复合材料研究进展

石墨烯和碳纳米管均为纳米材料,具有高强度、高导电性、高导热性等优点。石墨烯和碳纳米管应用到水泥基复合材料中能提高其强度、改善其耐久性、并使水泥基复合材料具有导电性和压敏性能。本文总结了石墨烯和碳纳米管的打散和氧化方法,归纳了石墨烯和碳纳米管对水泥基复合材料的增强增韧效果和机理,分析比较了其对水泥基复合材料耐久性、导电性和压敏性的影响,并总结了几种常用的细微观研究手段,为开展进一步研究提供参考。

基于石墨烯的水泥基复合材料性能探讨

石墨烯是一种准二维材料,且其只有一个碳原子厚度。它的力学、热学、电学等性能非常优越,是目前材料科学领域的研究热点。文中在现有功能化石墨烯及其水泥基复合材料研究成果的基础上,综述了石墨烯的功能化及基于石墨烯的水泥基复合材料的性能研究,为进一步开展石墨烯水泥基复合材料的研究奠定基础。

再生石墨增强水泥基复合材料的力学性能和电学性能研究

水泥的水化过程复杂,生成的产物也较复杂,因此其微观结构难以控制,水泥基复合材料的力学性能和电学性能较差。为了改善水泥基复合材料的力学性能和电学性能,采用搅拌的方式将再生石墨粉加入到水泥砂浆中,最终制得再生石墨-水泥基复合材料。通过对再生石墨-水泥基复合材料的抗折强度、抗压强度以及电阻率的测试,发现掺入适当的再生石墨,可以增强水泥基复合材料的力学性能和电学性能。

石墨水泥基复合保温系统的全寿命周期综合评价

目前,建筑外墙使用的外保温材料多种多样,随着科学技术的发展,外保温材料的防火性能要求越来越高。石墨水泥基复合保温材料是一种新型外墙保温材料,与目前市场上常用的4种外保温系统相比,其在实际应用过程中产生的经济效益和环境效益更加显著。本文对其全寿命周期进行综合研究,分析了其建造费用、耗热量计算方法和运行费用,并对建材生产进行环境效益评价,以期为该产品在建筑节能领域的推广和应用提供参考。

掺石墨烯的高延性水泥基复合材料拉伸敏感性

研究纳米石墨烯片(GnPs)或氧化石墨烯(GO)掺杂高延性水泥基复合材料(SHCC)的拉伸力学性能、导电性和拉伸机敏性。研究表明,当GnPs掺量低于0.8%时,GnPs-SHCC的拉伸强度高于SHCC,但对延性的影响不大。GnPs的掺入提高了材料的导电性,但在拉伸时电阻变化的灵敏度系数降低。GO在较小的掺量下(0~0.05%),与未掺加GO的SHCC相比GO-SHCC的拉伸强度和延性降低,但其对拉应变的敏感性提高,GOSHCC的灵敏度系数为SHCC的8~9倍。

氧化石墨烯水泥基复合材料的流动性、力学性能及其作用机理探究

氧化石墨烯(graphene oxide,GO)对水泥基复合材料的调控与增强效应成为了研究的热点问题.文中系统研究了GO对水泥胶砂的流动性和物理力学性能的影响,并借助X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)等手段进行微观表证.结果表明,水泥胶砂的流动性随GO掺量的增加而降低,GO对水泥水化行为具有显著的促进作用,对水泥水化产物有调控作用,能够使水泥水化产物有序规整发展,减少微观缺陷,实验证明GO掺量为0.1%时可大幅提高水泥基复合材料的抗折强度与抗压强度.

石墨烯的功能化及其水泥基复合材料的研究进展

石墨烯具有优越的力学、热学、电学等性能,目前已经成为材料科学领域的研究热点。将石墨烯掺入水泥基复合材料中预期将能够提高其强度、改善其耐久性能,并使水泥基复合材料具有优异的的导电性能和压敏性能。石墨烯与水泥基材料复合的过程中仍存在许多亟需解决的问题,包括如何抑制石墨烯的团聚,如何优化石墨烯与基体的界面性能等等。本研究在现有功能化石墨烯及其水泥基复合材料研究成果的基础上,综述了石墨烯的功能化及基于石墨烯的水泥基复合材料的性能研究,为进一步开展水泥基石墨烯复合材料的研究提供参考。

氧化石墨烯纳米片层对水泥基复合材料微观结构和性能的影响

通过对石墨进行氧化和超声波分散制备了氧化石墨烯纳米片层(GON)分散液,研究了GON对水泥复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,GON能够调控水泥水化产物形成规整多面体状晶体及促使水泥基复合材料形成具有花状形貌的规整结构,使水泥基复合材料的抗压强度及抗折强度有明显的提高。研究认为,GON对水泥水化产物的形成有模板效应,能够促使水泥水化产物成为规整的多面体状晶体,这些多面体状晶体通过交织形成了规整有序的微观结构,研究结果对于提高水泥基复合材料强度和耐久性具有积极意义。