引氣劑（AE）能提高水泥材料的抗凍性。但其發(fā)泡性能會(huì)顯著降低抗壓強(qiáng)度。為了在不影響力學(xué)性能的前提下提高凍融耐久性，本研究在室內(nèi)進(jìn)行了在帶氣砂漿中添加氧化石墨烯(GO)的實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上通過微觀結(jié)構(gòu)和數(shù)值分析探討其機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明，0.03 wt%的GO(最佳摻量)可使摻氣砂漿的抗凍性和抗壓強(qiáng)度分別提高18.9%和41.9%。從微觀試驗(yàn)可以看出，AE和GO都能降低砂漿的間距系數(shù)，而在砂漿中加入AE和GO對孔隙率的影響趨勢相反。為了預(yù)測凍融過程的惡化，首先提出了考慮氧化石墨烯對凍融過程中水輸運(yùn)和成核規(guī)律影響的熱-水-力學(xué)模型。結(jié)果表明，水流和自壓縮均可闡明凍融損傷機(jī)理。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，證明所建立的模型能夠較好地模擬加氣砂漿的凍結(jié)劣化過程，尤其是片狀納米添加劑的情況。數(shù)值結(jié)果表明，在忽略納米分散性的前提下，隨著氧化石墨烯含量的增加，其抗凍性會(huì)不斷提高，因此隨著分散性技術(shù)的發(fā)展，其抗凍性會(huì)得到顯著提高。
圖1.氧化石墨烯分散體的穩(wěn)定性(從左至右對應(yīng)樣品為UV-0 ~ UV-9)。
圖2. GO分散體的UV-Vis光譜。
圖3. AE和GO含量對砂漿稠度的影響。
圖4. AE和GO含量對抗壓強(qiáng)度的影響。
圖5. 150次循環(huán)后不同樣品的降解:(a) M00;(b) MGO-2;(c) MAE-2;(d) MAG-2。
圖6. 質(zhì)量損失隨凍融次數(shù)的變化。
圖7. GO-水泥砂漿抗壓強(qiáng)度隨凍融次數(shù)的變化。
圖8. 加氣砂漿抗壓強(qiáng)度與凍融次數(shù)的關(guān)系:(a)不含GO;(b)含GO。
圖9. 折減系數(shù)與凍融次數(shù)的關(guān)系。
圖10. 不同尺度凍/融條件下加氣混凝土的孔隙壓力。
圖11. (a)順序排列和(b)隨機(jī)排列的納米片示意圖。
圖12. 幾何模型。
圖13. 加氣砂漿孔徑分布的函數(shù)。
圖14. 耦合模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。
圖15. 溫度隨時(shí)間的變化。
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圖16. MAG-2模型不同時(shí)刻溫度的變化。
圖17. 液壓隨時(shí)間的變化。
圖18. MAG-2模型不同時(shí)刻液壓的變化。
圖19. 應(yīng)變隨時(shí)間的變化。
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圖20. MAG-2模型不同時(shí)刻應(yīng)變的變化。
相關(guān)研究成果由中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Hongyan Zeng等人于2022年發(fā)表在Construction and Building Materials (https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126708)上。原文：Exploring the effect of graphene oxide on freeze–thaw durability of air-entrained mortars。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
