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氧化石墨烯/两性壳聚糖插层复合物对水泥水化产物晶体结构及力学性能的影响

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目录

摘要

1 文献综述

1.1 氧化石墨烯及氧化石墨烯复合材料概述

1.1.1 石墨烯纳米复合材料

1.1.2 石墨烯/聚合物复合材料

1.1.3 石墨烯/无机纳米复合材料

1.1.4 石墨烯基纳米复合材料掺杂方法

1.1.5 氧化石墨烯纳米复合材料概述

1.2 两性壳聚糖制备及应用概述

1.2.1 壳聚糖(CTS)概述

1.2.2 壳聚糖的改性

1.2.3 两性壳聚糖的制备及应用

1.3 本课题研究的目的、意义及内容

2 氧化石墨烯的制备及应用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料及主要仪器

2.2.2 氧化石墨烯的制备

2.2.3 测试及表征方法

2.2.4 氧化石墨烯对水泥水化产物晶体结构的影响实验

2.2.5 性能测试及表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 影响GO含氧量的因素

2.3.2 不同反应温度对GO的影响

2.3.3 GO性能及结构表征

2.3.4 水泥胶砂断面及力学性能表征

2.3.5 水泥石的孔结构分析

2.3.6 水泥胶砂TG/DSC表征分析

2.4 GO调控水泥水化产物微观结构及性能的机理

2.5 本章小结

3 氧化石墨烯/两性壳聚糖插层复合材料的制备与应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料及主要仪器

3.2.2 氧化石墨烯/两性壳聚糖插层复合物的制备

3.2.3 测试及表征方法

3.2.4 氧化石墨烯/两性壳聚糖对水泥水化产物晶体结构的影响实验

3.2.5 性能测试及表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 FTIR图谱分析

3.3.2 水泥浆体的流动性

3.3.3 外加剂改性水泥浆体的孔隙率和孔径分布

3.3.4 水泥胶砂的SEM形貌及力学性能

3.3.5 水泥胶砂XRD图谱分析

3.4 反应机理分析

3.5 本章小结

4 废水处理

4.1 生产废水概述

4.2 废水处理工艺

5 总结论

6 创新点及展望

致谢

参考文献

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摘要

水泥基材料目前依然是世界范围内的主要建筑材料,水泥基材料的发展趋势是高强度、长寿命和绿色化。水泥基材料目前的研究热点及关键是在增强的同时增韧。本研究主要探索了氧化石墨烯(GO)及其与两性壳聚糖(CTA-CMCTS)的插层复合物(CTA-CMCTS/GO)对水泥基复合材料微观结构及拉伸强度、耐折强度的影响,通过改变水泥水化产物微观结构来提高其强度、韧性及抗裂缝能力。
  采用改进的Hummers法制备了氧化石墨,再经过对其超声波破碎分散制备了GO纳米片层分散液,再与CTA-CMCTS制备得到CTA-CMCTS/GO。将GO纳米相片层和CTA-CMCTS/GO分别掺入水泥基材料中,研究了其对水泥水化产物晶体结构和水泥胶砂力学性能的影响。SEM检测结果表明,GO及CTA-CMCTS/GO掺加到水泥中后,对水泥水化产物的形状有调控作用。XRD检测结果表明,GO及CTA-CMCTS/GO促进水泥水化产物中钙矾石(AFt)、氢氧化钙(CH)等水泥水化产物晶体的生成及生长。力学性能检测表明,掺入GO及其插层复合材料的水泥基材料的抗压强度和抗折强度明显提高。结果显示,当GO及CTA-CMCTS/GO掺量分别达到0.02%及0.05%时,水泥基材料的抗压强度分别达到最大即79.5MPa及83.2MPa,抗折强度分别达到最大的即7.7MPa及9.6MPa。研究结果表明CTA-CMCTS/GO能够调控水泥水化产物的形状,促使水泥水化反应形成规整的花状和块状晶体,使得水泥基复合材料的强度特别是拉伸强度和耐折强度显著的提高。研究结果证实了CTA-CMCTS/GO在水泥基复合材料德水化过程起到模板作用,能够调控水泥水化产物的微观结构及提高水泥基复合材料的韧性,同时提出了CTA-CMCTS/GO调控水泥基复合材料微观结构的作用机理。本研究结果提供了一种可显著增强增韧水泥基复合材料的新方法,具有潜在的应用前景。

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