氧化石墨烯在頁(yè)巖陶粒高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土中的應(yīng)用研究

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本書(shū)簡(jiǎn)要介紹了高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土、頁(yè)巖陶粒和氧化石墨烯的應(yīng)用研究現(xiàn)狀,以陶粒和陶砂為粗細(xì)骨料配制了高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土,通過(guò)一系列試驗(yàn)詳細(xì)分析了不同添加量的氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土工作性能、力學(xué)性能、耐久性能和干燥收縮性能等宏觀性能的影響�;诟邚�(qiáng)輕質(zhì)混凝土的干燥收縮試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)比分析了常見(jiàn)的干燥收縮模型的適用性和準(zhǔn)確性,并提出了氧化石墨烯含量影響系數(shù)的ACI 209(1992)修正模型。結(jié)合壓汞儀測(cè)試和掃描電鏡測(cè)試結(jié)果,較為全面地分析了氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)和微觀形貌的影響。
本書(shū)內(nèi)容豐富,系統(tǒng)全面,可供土木工程、建筑工程、水利工程和交通運(yùn)輸工程等專業(yè)從事水泥混凝土材料設(shè)計(jì)、施工和管理工作的廣大技術(shù)人員,以及科研院所的科技人員和高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考使用。
相比普通混凝土,高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土在超高層建筑物、大跨度橋梁和深海平臺(tái)等大型結(jié)構(gòu)建設(shè)中展現(xiàn)出了無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。近幾年,高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的需求量日益擴(kuò)增。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的性能需求也與時(shí)俱進(jìn)。高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土不僅要保證輕質(zhì)量高強(qiáng)度,更要兼顧良好的耐久性能和干燥收縮性能。為了實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)和環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展,國(guó)家近年來(lái)陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)政策,提倡混凝土應(yīng)逐漸達(dá)到“綠色”“低碳”的要求。但是,由于強(qiáng)度有限和脆性大等,高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的性能有待進(jìn)一步提高。為了彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)和進(jìn)一步提高高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的綜合性能,納米材料的使用為此提供了一條新的道路。
納米材料自研發(fā)以來(lái)一直受到水泥和混凝土行業(yè)的極大關(guān)注,通過(guò)近幾年的廣泛研究,納米材料用于改善混凝土性能已經(jīng)取得了諸多成果。氧化石墨烯是一種最為典型且具有二維結(jié)構(gòu)的納米材料。氧化石墨烯除了具備其他納米材料具備的“納米效應(yīng)”外,其特有的含氧官能團(tuán)還能幫助混凝土獲得更優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性能。隨著氧化石墨烯在混凝土中研究的深入和氧化石墨烯制造成本的降低,氧化石墨烯在混凝土領(lǐng)域的應(yīng)用前景必將變得更加廣闊。但是,氧化石墨烯在混凝土中的運(yùn)用目前仍處于初期探索階段,研究?jī)?nèi)容以力學(xué)性能為主,研究方法注重宏觀層面,許多增強(qiáng)機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證,特別在高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土中的研究幾乎沒(méi)有。
本書(shū)緊緊圍繞氧化石墨烯對(duì)頁(yè)巖陶粒高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能、干燥收縮性能和微觀機(jī)理等方面的影響開(kāi)展試驗(yàn)研究。全書(shū)共分8章,主要內(nèi)容包括:研究以減水劑為活性劑的氧化石墨烯分散液制備工藝,對(duì)比不同含量氧化石墨烯的分散效果,設(shè)計(jì)相應(yīng)的混凝土拌合物制備工藝,配制等級(jí)為L(zhǎng)C60的高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土;通過(guò)坍落度試驗(yàn)對(duì)工作性能進(jìn)行研究,得出氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土工作性能的影響規(guī)律;通過(guò)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)和抗壓彈性模量試驗(yàn)對(duì)力學(xué)性能進(jìn)行研究,得出氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土力學(xué)性能的影響規(guī)律,利用比強(qiáng)度、折壓比、拉壓比等特征參數(shù)對(duì)力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)價(jià),并對(duì)抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓彈性模量計(jì)算公式進(jìn)行研究,以抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)為變量,分別對(duì)比分析目前常用抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓彈性模量計(jì)算公式的預(yù)測(cè)精度;通過(guò)抗氯離子滲透試驗(yàn)、抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)、抗凍試驗(yàn)和抗碳化試驗(yàn)對(duì)耐久性能進(jìn)行研究,得出氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土耐久性能的影響規(guī)律;通過(guò)干燥收縮試驗(yàn)對(duì)干燥收縮性能進(jìn)行研究,得出氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土干燥收縮性能的影響規(guī)律,重點(diǎn)對(duì)比分析常見(jiàn)的干燥收縮模型對(duì)于高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土干燥收縮預(yù)測(cè)的適用性,并提出含有氧化石墨烯含量影響系數(shù)的ACI 209(1992)修正模型;通過(guò)壓汞儀測(cè)試方法和掃描電子顯微鏡測(cè)試方法較為全面地分析氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土孔隙結(jié)構(gòu)和微觀形貌的影響,從微觀機(jī)理角度分析高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土宏觀性能變化的原因。
本書(shū)是根據(jù)西昌學(xué)院博士科研啟動(dòng)項(xiàng)目“含氧化石墨烯輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能研究”(YBZ202144)的研究成果,結(jié)合作者及其研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)的研究成果撰寫(xiě)而成。
本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中,參閱了大量的相關(guān)專著和文獻(xiàn),在此向有關(guān)專家和作者致以誠(chéng)摯的謝意!由于編寫(xiě)時(shí)間倉(cāng)促,作者的經(jīng)驗(yàn)和水平有限,書(shū)中難免存在不妥之處,懇請(qǐng)讀者和專家批評(píng)指正。
作者
2023年8月
1.1 研究背景 1
1.2 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土 4
1.2.1 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的定義 4
1.2.2 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土優(yōu)缺點(diǎn) 5
1.2.3 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土研究進(jìn)展 6
1.3 頁(yè)巖陶粒混凝土 8
1.3.1 頁(yè)巖陶粒特征及類型 8
1.3.2 高強(qiáng)頁(yè)巖陶粒技術(shù)指標(biāo) 9
1.3.3 頁(yè)巖陶�;炷恋难芯楷F(xiàn)狀 9
1.4 氧化石墨烯 11
1.4.1 氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 11
1.4.2 氧化石墨烯的制備 13
1.4.3 氧化石墨烯的分散 14
1.5 氧化石墨烯在水泥基材料中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀 15
1.5.1 氧化石墨烯增強(qiáng)機(jī)理 15
1.5.2 氧化石墨烯對(duì)力學(xué)性能的影響研究 17
1.5.3 氧化石墨烯對(duì)耐久性能的影響研究 18
1.6 本書(shū)主要研究?jī)?nèi)容 19
第2章 試驗(yàn)原材料及試件制備 21
2.1 試驗(yàn)主要原材料 21
2.1.1 氧化石墨烯 21
2.1.2 頁(yè)巖陶粒 23
2.1.3 頁(yè)巖陶砂 25
2.1.4 水泥 27
2.1.5 粉煤灰 27
2.1.6 減水劑 29
2.2 氧化石墨烯分散液的制備 30
2.2.1 分散液制備流程 30
2.2.2 分散液制備結(jié)果對(duì)比 32
2.3 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì) 33
2.3.1 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)原則 33
2.3.2 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)步驟 34
2.3.3 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)方案 37
2.4 試件制備 37
2.4.1 制備工藝 37
2.4.2 試驗(yàn)項(xiàng)目 39
2.5 本章小結(jié) 40
第3章 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土工作性能的影響研究 41
3.1 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土密度的影響 41
3.1.1 試驗(yàn)方法 42
3.1.2 結(jié)果分析 43
3.2 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土坍落度的影響 44
3.2.1 試驗(yàn)方法 45
3.2.2 結(jié)果分析 45
3.3 本章小結(jié) 47
第4章 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土力學(xué)性能的影響研究 48
4.1 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響 48
4.1.1 試驗(yàn)方法 48
4.1.2 結(jié)果分析 50
4.2 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土抗折強(qiáng)度的影響 53
4.2.1 試驗(yàn)方法 53
4.2.2 結(jié)果分析 55
4.3 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響 58
4.3.1 試驗(yàn)方法 59
4.3.2 結(jié)果分析 60
4.4 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土抗壓彈性模量的影響 64
4.4.1 試驗(yàn)方法 64
4.4.2 結(jié)果分析 66
4.5 本章小結(jié) 70
第5章 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土耐久性能的影響研究 72
5.1 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響 73
5.1.1 基本理論 73
5.1.2 試驗(yàn)方法 77
5.1.3 結(jié)果分析 80
5.2 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響 82
5.2.1 基本理論 82
5.2.2 試驗(yàn)方法 85
5.2.3 結(jié)果分析 87
5.3 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土抗凍性能的影響 90
5.3.1 基本理論 90
5.3.2 試驗(yàn)方法 93
5.3.3 結(jié)果分析 97
5.4 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土抗碳化性能的影響 101
5.4.1 基本理論 101
5.4.2 試驗(yàn)方法 105
5.4.3 結(jié)果分析 107
5.5 本章小結(jié) 111
第6章 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土干燥收縮性能的影響研究 112
6.1 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土干燥收縮性能的影響 112
6.1.1 基本理論 114
6.1.2 試驗(yàn)方法 117
6.1.3 結(jié)果分析 119
6.2 常見(jiàn)的干燥收縮預(yù)測(cè)模型對(duì)比分析 121
6.2.1 常見(jiàn)的干燥收縮預(yù)測(cè)模型 122
6.2.2 模型對(duì)比分析 129
6.2.3 預(yù)測(cè)結(jié)果分析 133
6.3 ACI 209(1992)修正模型的建立與預(yù)測(cè)分析 137
6.3.1 ACI 209(1992)修正模型 140
6.3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果分析 143
6.4 本章小結(jié) 145
第7章 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土微觀機(jī)理的影響研究 146
7.1 引言 146
7.2 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的影響 150
7.2.1 試驗(yàn)方法 158
7.2.2 結(jié)果分析 160
7.3 氧化石墨烯對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土微觀形貌的影響 162
7.3.1 試驗(yàn)方法 164
7.3.2 結(jié)果分析 164
7.4 本章小結(jié) 168
第8章 結(jié)論與展望 170
8.1 結(jié)論 170
8.2 展望 172
參考文獻(xiàn) 174
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