STPP改善GO的分散性能及其在水泥基材料性能强化中的应用研究

作     者：赵祯煜 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁燕怀

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：水泥浆体 三聚磷酸钠 氧化石墨烯 分散性 性能强化 

摘      要：作为石墨烯的衍生物，氧化石墨烯（GO）力学性能优异，经常作为增强介质被掺入到水泥基材料中。但研究者们在实验中发现，GO在水泥浆体中容易出现团聚现象，这不仅不能达到增强的效果，还会对水泥基材料原有的性能造成损伤。为了充分发挥GO的增强增韧作用，需要找到一种合适的方法对GO进行分散。 本研究选择使用工程中常用的缓凝剂——三聚磷酸钠（ STPP）对GO进行改性（STPP@GO）,借助于水泥浆体过滤后得到的水泥孔隙溶液模拟改性后的GO在水泥浆中的分散，协同多种表征方法评价分散效果。进而深入地研究STPP@GO对水泥基复合材料和易性、力学性能、水泥水化程度、水化产物的影响。在此基础上，建立吸附模型揭示增强机理。主要结论如下: 采用宏观观察、紫外—可见光吸收光谱（UV-Vis）确定最佳改性质量比为STPP∶ GO=8 ∶ 1,最佳超声分散处理时间是15分钟（功率150 W、频率45 kHz）。通过测试GO、STPP@GO在超纯水和水泥孔隙溶液中的Zeta电位，确定在碱性溶液中STPP能在熵增的驱动下吸附到GO表面。 设计合理的配合比，制备STPP@GO/水泥砂浆，研究STPP@GO对和易性、力学性能的影响。发现STPP掺入量小于0.19 wt％可改善因GO引起的流动度损失，但掺入量过高反而会降低流动度。由于STPP缓凝效果优异，随着掺量增加,水泥砂浆的凝结时间不断延长，且初凝和终凝间的时间跨度会增大。此外，改性质量比和超声时间对水泥砂浆的强度的影响也做了研究。 通过热重（TG）、X射线衍射（XRD）研究了 STPP@GO对水泥水化程度、水化产物的影响。表明STPP@GO在3天内会延缓水泥水化，但7天后情况会有所变化，不会影响水化产物的物相组成。分析增强机理如下:当STPP掺量较少时，会与GO 一起吸附到水泥颗粒表面，短期内因为STPP而延缓水化，当水化程度渐渐提高时会借助于GO的成核效应增加水化产物的数量，实现充分水化。