硅灰/氧化石墨烯在水泥硬化浆体中的分散性研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0045

摘要/Abstract

摘要：

氧化石墨烯用作水泥增强材料的研究已取得一定进展，而硅灰通常用作水泥掺合料。已有研究报道了利用硅灰/氧化石墨烯复合材料制备水泥基材料，但硅灰辅助分散氧化石墨烯的理论研究尚不完善。基于此，采用超声法制备不同掺量的硅灰/氧化石墨烯混合悬浮液，分析了该悬浮液在水泥孔隙液中的分散性，并制备了硅灰/氧化石墨烯水泥硬化浆体。结果表明：硅灰在水泥孔隙溶液中剥离了氧化石墨烯片层，改善了氧化石墨烯的分散稳定性；当m（氧化石墨烯）/m（水泥）为0.25%、m（硅灰）/m（水泥）为10%时，水泥水化28 d抗折、抗压强度分别可达12.3 MPa和73.2 MPa，相较于不掺硅灰的样品分别提高了48.19%和18.06%。硅灰在水泥复合材料中发挥了双重作用，一方面与Ca（OH）₂反应，避免了水化解离出来的Ca²⁺争夺氧化石墨烯；另一方面作为填料填充C—S—H凝胶空隙，提高了水泥内部致密性。

关键词: 氧化石墨烯, 硅灰, 水泥, 分散性, 水泥孔隙溶液

Abstract:

The research of graphene oxide（GO） as cement reinforcing material has made some progress，and silica fume（SF） is commonly used as cement admixture.It has been reported that SF/GO is compounded to prepare cement-based materials，but the theoretical study of SF-assisted dispersion of GO remains incomplete.Consequently，different dosage of SF/GO suspension was prepared by ultrasonic method，the dispersibility of the suspension in cement pore solution was analyzed.SF/GO hardened cement paste was also prepared.The results of microscopic analysis indicated that SF stripped the GO sheets in cement pore solution，the dispersion and stability of GO were improved.When m（GO）/m（cement） was 0.25% and m（SF）/m（cement） was 10%，the 28 d flexural and compressive strength of the composites were 12.3 MPa and 73.2 MPa，respectively，which were increased by 48.19% and 18.06% compared to the sample without SF.SF served a dual purpose in the cement composites by reacting with Ca（OH）₂ to avoid competition for GO from Ca²⁺ dissociated by hydration，and by filling gaps in the C—S—H structure to improve the composites′ internal density.

Key words: graphene oxide, silica fume, cement, dispersity, cement pore solution

中图分类号:

TQ177.6

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图/表 8

表1

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图2

表2

图3

图4

表3

图5

参考文献 17

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m（氧化石墨烯）/ m（水泥）/%	m（硅灰）/ m（水泥）/%	ρ（Ca²⁺）/ （mg·L^-1）	pH
0.00	0	318	12.57
0.25	0	299	12.41
0.00	2	313	12.55
0.00	5	305	12.48
0.00	10	293	12.34
0.25	2	316	12.57
0.25	5	305	12.51
0.25	10	301	12.46

样品	w （C）	w （O）	w （Na）	w （Mg）	w （Al）	w （Si）	w （S）	w （Ca）
SF-0/0.25%GO水泥基复合材料	6.50	38.77	1.12	1.34	2.78	3.31	2.01	44.17
SF-2/0.25%GO水泥基复合材料	6.56	35.02	1.42	3.08	3.89	5.06	1.76	43.21
SF-5/0.25%GO水泥基复合材料	5.13	35.09	1.02	2.48	4.34	8.39	1.48	42.07
SF-10/0.25%GO水泥基复合材料	4.30	30.58	1.18	2.87	3.95	12.44	1.35	43.33

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