摘 要

混凝土材料是建筑行业的支柱材料，但是目前市场上的水泥基材料易开裂，脆性高，耐久性差使得材料改性问题急需得到解决。为解决混凝土开裂问题，我们引入氧化石墨烯来参与水泥基材料的水化反应。本文将减水剂M18（M18为高减水率型的减水剂）、M22（M22为保坍型减水剂）和GO配比为1:0,1:0.4,1:0.8,1:1的外加剂加入水泥基材料进行性能检测及水泥成型，对净浆成型的水泥试样进行XRD、TG-DSC、SEM等测试方法的表征，对砂浆成型的水泥基材料进行抗折抗压强度测试。实验结果表明在M18:GO配比为1:1时抗折抗压强度均达到最大，在M22:GO配比为1:0.8时，水泥基材料抗折强度略微提升，但是水泥基材料抗压强度达到最大值。水泥试块的微观结构出现了很大的变化，致密程度也不断的升高。

关键词：氧化石墨烯，减水剂，力学性能，工作性能，微观结构。

Effect of water reducer on the properties of cement-based materials with different amounts of graphene oxide

ABSTRACT

Concrete materials are the pillar materials of the construction industry, but the cement-based materials on the market are easy to crack. High brittleness and poor durability make the material modification problem urgently need to be solved. In order to solve the problem of concrete cracking, we introduce graphene oxide to participate in the hydration reaction of cement-based materials. In this paper, the water reducing agents M18（M18 is a high water reducing rate water reducing agent）,, M22 ( M22 is a protecting collapse water reducing agent) and the GO ratios are 1:0, 1:0.4, 1:0.8, 1: 1 admixture and we added them to cement-based materials for performance testing and cement forming, then the cement-based materials of the paste forming were characterized by XRD, TG-DSC, SEM and other test methods, and the cement-based materials of the mortar forming were tested for flexural and compressive strength. When the ratio of M18:GO is 1:1,the flexural and compressive strengths are the highest. When the M22:GO ratio is 1:0.8, the flexural strength of the cement-based materials is slightly increased, but the cement-based materials are compressive. The intensity reaches a maximum. The microstructure of the cement becomes a lot so that the degree of compactness increases gradually.

Key words: graphene oxide, water reducing agent, mechanical properties, workability, microstructure

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章.绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究方案的确定 4

第二章.实验内容 6

2.1材料、试剂 6

2.1.1氧化石墨烯 6

2.1.2减水剂 6

2.1.3水泥 6

2.1.4标准砂 7

2.1.5水 7

2.2实验设备及仪器 7

2.3外加剂的测试与结构表征 8

2.3.1固含量测定 8

2.3.2 XRD表征 8

2.4水泥试样的制备 8

2.4.1净浆水泥试样的制备 8

2.4.2砂浆水泥试样的制备 9

2.5水泥试样工作性能的检测 10

2.5.1水泥净浆减水率检测 10

2.5.2水泥凝结时间检测 10

2.6水泥试样力学性能的检测 11

2.6.1水泥抗折抗压强度测试 11

2.7水泥净浆水化产物的表征 11

2.7.1 XRD表征 11

2.7.2 TG-DSC表征 11

2.7.3 SEM表征 12

第三章.测试结果及分析 13

3.1外加剂测试及表征结果 13

3.1.1外加剂固含量测定情况 13

3.1.2外加剂XRD表征 13

3.2水泥试样工作性能检测结果 14

3.2.1水泥试样减水率测试结果 14

3.2.2水泥试样凝结时间的测试结果 15

3.3水泥浆体力学性能测试结果 16

3.3.1砂浆水泥胶砂强度测试结果 16

3.4水泥试样微观结构测试结果 17

3.4.1水泥试样XRD测试 17

3.4.3水泥试样TG-DSC测试结果 20

3.4.4水泥试样SEM测试结果 21

第四章.结论与展望 24

4.1结论 24

4.2展望 24

参考文献 26

致谢 29

第一章.绪论

1.1研究背景

随着现代建筑行业的不断发展，混凝土材料成为了目前应用最为广泛的水泥基复合材料，混凝土材料主要由水泥、砂石、外加剂及增强材料构成，由于混凝土的原料来源广泛、价格低廉、制备工艺简单及强度较高等原因^[1]被广泛用于楼房、道路^[2]、隧道^[3]桥梁^[4]、水坝^[5]等工程。目前的混凝土材料的性能大大降低，耐久性得不到保证^[6],造成混凝土材料缺陷多，使得混凝土材料的微观结构和工作性能受到影响^[7]。研究人员一直在寻找解决方案，掺入纳米材料成为解决问题的一个研究方向^[8-9]。

近年来，随着科学技术的发展，纳米材料成为了人们熟知的材料之一。功能型纳米材料更是受到材料科研工作者的青睐，功能性纳米材料通常有三大类，0维度纳米颗粒，1维度纳米纤维以及2维度的纳米薄片。其中，纳米颗粒中常用的有纳米二氧化硅，纳米氧化铝颗粒等。它们一般具有较大的比表面积，并且呈现无定形态，可以促进水泥的水化进程。另外还具有填料效应，可以有效填补水泥结构内的裂缝和孔洞，减少开裂的可能。在1维纳米纤维材料中，常用的是碳纳米管材料，它拥有较高的内强度且具有较大的纵横比，但是这种材料在水溶液中难以分散，同样作为2维度的纳米薄层材料，氧化石墨烯有着更高的内在强度，不过相当于碳纳米管，氧化石墨烯同样展现了其与众不同的物质性能，氧化石墨烯粒径小、比表面积大、表面能高、韧性强、强度大等特点，在改善材料结构和性能的过程中有着很强的应用性，作为石墨烯的一种衍生物，氧化石墨烯（GO）是一种六边形碳网络结构，相比于纯石墨烯，这些官能团使得GO的力学性能降低，但是相比于CNTs以及石墨烯等材料，GO在水中的分散性更好。这些含氧官能团使GO呈现亲水性^[10]，使其能够很好的分散在水溶液内，另外，相比碳纳米管，2维GO为C-S-H的结晶提供了更大的表面积^[11-13]。GO更是能与水泥良好复合,促进水化过程，使得水化反应更加的充分，与此同时GO的加入减小了水泥浆体的微孔隙，降低脆性，提高混凝土材料的强度与耐久性^[14],使其具有良好的工作性能。在减水剂中，高分子聚羧酸减水剂通过与GO共聚改性改变水化产物结构及性能，聚合物中的含氧官能团可以与水泥基材料中的Ca^＋反应，从而改善水泥水化晶体结构，达到参与水化反应的目的；另一方面,GO可以和水泥基材料简单的物理共混，达到改善水泥基材料微观结构的目的^[3]。

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