氧化石墨烯在页岩陶粒高强轻质混凝土中的应用研究

中国水利水电出版社

【作者】洪晓江著

【I S B N 】978-7-5226-2452-5

【责任编辑】张玉玲

【适用读者群】本专通用

【出版时间】2024-07-01

【开本】16开

【装帧信息】平装（光膜）

【版次】第1版第1次印刷

【页数】200

【千字数】203

【印张】12.5

【定价】￥78

【丛书】

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本书简要介绍了高强轻质混凝土、页岩陶粒和氧化石墨烯的应用研究现状，以陶粒和陶砂为粗细骨料配制了高强轻质混凝土，通过一系列试验详细分析了不同添加量的氧化石墨烯对高强轻质混凝土工作性能、力学性能、耐久性能和干燥收缩性能等宏观性能的影响。基于高强轻质混凝土的干燥收缩试验数据，对比分析了常见的干燥收缩模型的适用性和准确性，并提出了氧化石墨烯含量影响系数的ACI 209（1992）修正模型。结合压汞仪测试和扫描电镜测试结果，较为全面地分析了氧化石墨烯对高强轻质混凝土的孔隙结构和微观形貌的影响。

本书内容丰富，系统全面，可供土木工程、建筑工程、水利工程和交通运输工程等专业从事水泥混凝土材料设计、施工和管理工作的广大技术人员，以及科研院所的科技人员和高等院校相关专业的师生参考使用。

相比普通混凝土，高强轻质混凝土在超高层建筑物、大跨度桥梁和深海平台等大型结构建设中展现出了无可比拟的优势。近几年，高强轻质混凝土的需求量日益扩增。随着科学技术和生产技术的发展，对高强轻质混凝土的性能需求也与时俱进。高强轻质混凝土不仅要保证轻质量高强度，更要兼顾良好的耐久性能和干燥收缩性能。为了实现资源可持续和环境保护的协调发展，国家近年来陆续出台了相关政策，提倡混凝土应逐渐达到“绿色”“低碳”的要求。但是，由于强度有限和脆性大等，高强轻质混凝土的性能有待进一步提高。为了弥补上述缺点和进一步提高高强轻质混凝土的综合性能，纳米材料的使用为此提供了一条新的道路。

纳米材料自研发以来一直受到水泥和混凝土行业的极大关注，通过近几年的广泛研究，纳米材料用于改善混凝土性能已经取得了诸多成果。氧化石墨烯是一种最为典型且具有二维结构的纳米材料。氧化石墨烯除了具备其他纳米材料具备的“纳米效应”外，其特有的含氧官能团还能帮助混凝土获得更优异的力学性能和耐久性能。随着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领域的应用前景必将变得更加广阔。但是，氧化石墨烯在混凝土中的运用目前仍处于初期探索阶段，研究内容以力学性能为主，研究方法注重宏观层面，许多增强机制仍需进一步的研究和验证，特别在高强轻质混凝土中的研究几乎没有。

本书紧紧围绕氧化石墨烯对页岩陶粒高强轻质混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能、干燥收缩性能和微观机理等方面的影响开展试验研究。全书共分8章，主要内容包括：研究以减水剂为活性剂的氧化石墨烯分散液制备工艺，对比不同含量氧化石墨烯的分散效果，设计相应的混凝土拌合物制备工艺，配制等级为LC60的高强轻质混凝土；通过坍落度试验对工作性能进行研究，得出氧化石墨烯对高强轻质混凝土工作性能的影响规律；通过抗压强度试验、抗折强度试验、劈裂抗拉强度试验和抗压弹性模量试验对力学性能进行研究，得出氧化石墨烯对高强轻质混凝土力学性能的影响规律，利用比强度、折压比、拉压比等特征参数对力学性能进行评价，并对抗折强度、劈裂抗拉强度和抗压弹性模量计算公式进行研究，以抗压强度试验数据为变量，分别对比分析目前常用抗折强度、劈裂抗拉强度和抗压弹性模量计算公式的预测精度；通过抗氯离子渗透试验、抗硫酸盐侵蚀试验、抗冻试验和抗碳化试验对耐久性能进行研究，得出氧化石墨烯对高强轻质混凝土耐久性能的影响规律；通过干燥收缩试验对干燥收缩性能进行研究，得出氧化石墨烯对高强轻质混凝土干燥收缩性能的影响规律，重点对比分析常见的干燥收缩模型对于高强轻质混凝土干燥收缩预测的适用性，并提出含有氧化石墨烯含量影响系数的ACI 209（1992）修正模型；通过压汞仪测试方法和扫描电子显微镜测试方法较为全面地分析氧化石墨烯对高强轻质混凝土孔隙结构和微观形貌的影响，从微观机理角度分析高强轻质混凝土宏观性能变化的原因。

本书是根据西昌学院博士科研启动项目“含氧化石墨烯轻质高强混凝土力学性能研究”（YBZ202144）的研究成果，结合作者及其研究团队近年来的研究成果撰写而成。

本书在编写过程中，参阅了大量的相关专著和文献，在此向有关专家和作者致以诚挚的谢意！由于编写时间仓促，作者的经验和水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请读者和专家批评指正。

作者

2023年8月

第1章绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 高强轻质混凝土 4
1.2.1 高强轻质混凝土的定义 4
1.2.2 高强轻质混凝土优缺点 5
1.2.3 高强轻质混凝土研究进展 6
1.3 页岩陶粒混凝土 8
1.3.1 页岩陶粒特征及类型 8
1.3.2 高强页岩陶粒技术指标 9
1.3.3 页岩陶粒混凝土的研究现状 9
1.4 氧化石墨烯 11
1.4.1 氧化石墨烯的结构与性质 11
1.4.2 氧化石墨烯的制备 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应用研究现状 15
1.5.1 氧化石墨烯增强机理 15
1.5.2 氧化石墨烯对力学性能的影响研究 17
1.5.3 氧化石墨烯对耐久性能的影响研究 18
1.6 本书主要研究内容 19
第2章试验原材料及试件制备 21
2.1 试验主要原材料 21
2.1.1 氧化石墨烯 21
2.1.2 页岩陶粒 23
2.1.3 页岩陶砂 25
2.1.4 水泥 27
2.1.5 粉煤灰 27
2.1.6 减水剂 29
2.2 氧化石墨烯分散液的制备 30
2.2.1 分散液制备流程 30
2.2.2 分散液制备结果对比 32
2.3 试验配合比设计 33
2.3.1 试验配合比设计原则 33
2.3.2 试验配合比设计步骤 34
2.3.3 试验配合比设计方案 37
2.4 试件制备 37
2.4.1 制备工艺 37
2.4.2 试验项目 39
2.5 本章小结 40
第3章氧化石墨烯对高强轻质混凝土工作性能的影响研究 41
3.1 氧化石墨烯对高强轻质混凝土密度的影响 41
3.1.1 试验方法 42
3.1.2 结果分析 43
3.2 氧化石墨烯对高强轻质混凝土坍落度的影响 44
3.2.1 试验方法 45
3.2.2 结果分析 45
3.3 本章小结 47
第4章氧化石墨烯对高强轻质混凝土力学性能的影响研究 48
4.1 氧化石墨烯对高强轻质混凝土抗压强度的影响 48
4.1.1 试验方法 48
4.1.2 结果分析 50
4.2 氧化石墨烯对高强轻质混凝土抗折强度的影响 53
4.2.1 试验方法 53
4.2.2 结果分析 55
4.3 氧化石墨烯对高强轻质混凝土劈裂抗拉强度的影响 58
4.3.1 试验方法 59
4.3.2 结果分析 60
4.4 氧化石墨烯对高强轻质混凝土抗压弹性模量的影响 64
4.4.1 试验方法 64
4.4.2 结果分析 66
4.5 本章小结 70
第5章氧化石墨烯对高强轻质混凝土耐久性能的影响研究 72
5.1 氧化石墨烯对高强轻质混凝土抗氯离子渗透性能的影响 73
5.1.1 基本理论 73
5.1.2 试验方法 77
5.1.3 结果分析 80
5.2 氧化石墨烯对高强轻质混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响 82
5.2.1 基本理论 82
5.2.2 试验方法 85
5.2.3 结果分析 87
5.3 氧化石墨烯对高强轻质混凝土抗冻性能的影响 90
5.3.1 基本理论 90
5.3.2 试验方法 93
5.3.3 结果分析 97
5.4 氧化石墨烯对高强轻质混凝土抗碳化性能的影响 101
5.4.1 基本理论 101
5.4.2 试验方法 105
5.4.3 结果分析 107
5.5 本章小结 111
第6章氧化石墨烯对高强轻质混凝土干燥收缩性能的影响研究 112
6.1 氧化石墨烯对高强轻质混凝土干燥收缩性能的影响 112
6.1.1 基本理论 114
6.1.2 试验方法 117
6.1.3 结果分析 119
6.2 常见的干燥收缩预测模型对比分析 121
6.2.1 常见的干燥收缩预测模型 122
6.2.2 模型对比分析 129
6.2.3 预测结果分析 133
6.3 ACI 209（1992）修正模型的建立与预测分析 137
6.3.1 ACI 209（1992）修正模型 140
6.3.2 预测结果分析 143
6.4 本章小结 145
第7章氧化石墨烯对高强轻质混凝土微观机理的影响研究 146
7.1 引言 146
7.2 氧化石墨烯对高强轻质混凝土孔隙结构的影响 150
7.2.1 试验方法 158
7.2.2 结果分析 160
7.3 氧化石墨烯对高强轻质混凝土微观形貌的影响 162
7.3.1 试验方法 164
7.3.2 结果分析 164
7.4 本章小结 168
第8章结论与展望 170
8.1 结论 170
8.2 展望 172
参考文献 174

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