文獻(xiàn)速讀
J.Build.Eng.:氧化石墨烯增強(qiáng)水泥基材料的傳輸傳輸性能
題目
題目:
Enhanced transport properties of graphene oxide based cement composite material
氧化石墨烯增強(qiáng)水泥基材料的傳輸傳輸性能
關(guān)鍵詞
關(guān)鍵詞:氧化石墨烯(GO);水泥基復(fù)合材料;傳輸傳輸性能;力學(xué)性能
來(lái)源
出版年份:2021
來(lái)源:Journal of Building Engineering
課題組:Chandra Sekhar Reddy Indukuri課題組
研究背景
混凝土結(jié)構(gòu)在使用壽命期間暴露于嚴(yán)格的載荷條件和惡劣的環(huán)境條件。近年來(lái),在當(dāng)前嚴(yán)峻的全球環(huán)境條件下,在強(qiáng)度和耐久性方面對(duì)多功能和高性能混凝土結(jié)構(gòu)的需求有所增加,以應(yīng)對(duì)先進(jìn)的結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)。為了滿足這一需求,研究人員一直專注于在水泥基復(fù)合結(jié)構(gòu)中利用碳基納米材料,因?yàn)榧{米顆??梢灾苯优c水泥顆粒的結(jié)合相互作用。在早期的研究中,水泥基復(fù)合材料中的空隙可以被納米顆粒填充,并且由于孔隙結(jié)構(gòu)的細(xì)化,實(shí)現(xiàn)了更高的強(qiáng)度和耐久性。目前,納米SiO2、納米TiO2、納米CaCO3、碳納米管(CNTs)、碳納米纖維(CNFs)等納米材料已應(yīng)用到水泥基復(fù)合材料中。
研究出發(fā)點(diǎn)
在其他研究中,碳納米管的添加可以通過(guò)減少水泥基復(fù)合材料中納米級(jí)的裂縫來(lái)提高強(qiáng)度性能,實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)改性和耐久性的提高。氧化石墨烯(GO)是一種富含活性氧官能團(tuán)的二維納米材料,具有高比表面積、親水性和官能團(tuán)等特性,這有助于改善水泥基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。然而,有關(guān)于GO在提升水泥基復(fù)合材料耐久性方面的研究仍然受限。因此,使用二維納米材料提高水泥基復(fù)合材料的耐久性有很大的空間。
研究?jī)?nèi)容
本研究旨在評(píng)價(jià)摻入GO的水泥基復(fù)合材料的傳輸性能。分別以水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.01%、0.02%、0.03%和0.04%四種不同比例,制備了GO-水泥基復(fù)合材料。在耐久性方面,對(duì)GO-水泥基復(fù)合試樣進(jìn)行了吸水率、抗酸侵蝕性能、力學(xué)性能、熱分析、氯離子遷移系數(shù)和氯離子滲透深度等實(shí)驗(yàn)研究,并與標(biāo)準(zhǔn)水泥基復(fù)合試樣進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,通過(guò)摻入氧化石墨烯納米材料實(shí)現(xiàn)了水泥基復(fù)合材料傳輸性能的有效改善。
圖1不同GO含量水泥基復(fù)合試樣的吸水率
圖2 GO對(duì)酸影響水泥基復(fù)合試樣28天抗壓強(qiáng)度的影響
圖3 GO對(duì)硬化水泥基復(fù)合試樣抗壓強(qiáng)度的影響
圖4 摻有GO的水泥基材料28天齡期的微觀圖像:a)GO-0%;b)GO-0.02%;c)GO-0.03%
圖5 GO對(duì)水泥基復(fù)合試樣氯離子遷移系數(shù)的影響
圖6 GO對(duì)水泥基復(fù)合試樣氯離子滲透深度的影響
主要結(jié)論
本研究考察了水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.01%、0.02%、0.03%和0.04%的GO摻和量的水泥基復(fù)合材料的傳輸性能。GO的加入使水泥基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)增強(qiáng),凝膠孔隙增加。氧化石墨烯水泥基復(fù)合材料中GO的用量主要決定了其傳輸性能的提高。,加入0.03%的GO后,水泥基復(fù)合材料的吸水率、氯離子遷移系數(shù)和氯離子滲透深度等傳輸性能降低了15–40%,這比先前文獻(xiàn)中報(bào)道的含有納米TiO2和納米SiO2的水泥基復(fù)合材料要多。GO在水泥基復(fù)合材料中的摻入在抗吸水率、酸性環(huán)境效應(yīng)和熱效應(yīng)等方面表現(xiàn)出明顯的改善作用。同時(shí),力學(xué)性能也得到很大的提高,當(dāng)GO摻量為0.03 wt.%時(shí),抗折強(qiáng)度提高77.7%,當(dāng)GO摻量為0.04 wt.%時(shí),抗壓強(qiáng)度提高47.61%。最后,可以認(rèn)為GO有能力在水泥基復(fù)合材料中形成一個(gè)很強(qiáng)的屏障,以減少侵蝕性化學(xué)物質(zhì)的傳輸。
文獻(xiàn)鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102174
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