GO/PCs复合物对水泥基材料的物理力学性能及水化性能影响开题报告

1．本课题研究的背景、目的及意义

1.1 课题的研究背景及意义

水泥基复合材料主要是指混凝土、水泥砂浆等用水泥作为粘结剂所形成的材料。目前水泥基复合材料依然是用量最大的建筑材料2014年全世界混凝土的产量是130多亿m³，我国混凝土产量为70多亿m³。生产这些水泥基复合材料会产生巨大的能源和资源消耗及环境污染，提高水泥基复合材料的性能和使用寿命是减少资源消耗和环境污染的最佳途径，也是水泥基复合材料发展的必然趋势。目前水泥基复合材料存在的主要问题是水泥基体中存在着大量裂缝、孔洞等，严重影响了水泥基复合材料的力学性能及使用寿命。而存在裂缝、孔洞及渗漏的主要原因是水泥水化产物的形状及其聚集状态难以控制，导致了水泥基复合材料的微观结构的不规整以及存在大量的孔洞和缝隙。目前一般水泥基复合材料的使用寿命仅为30-70年,远远达不到500年的理论使用寿命。水泥基复合材料的发展目标是实现高性能，长寿命和绿色化、其中高性能包括高强度和高稳定性，长寿命是指寿命达到300年以上的使用寿命。水泥基体微观结构的规整有序是实现水泥基复合材料高强度、高韧性、高体积稳定性及长寿命的基础。目前，在改变水泥基体微观结构方面常用的方法是使用高效减水剂和矿物添加剂，二者均能提高水泥基体的致密性，减少孔洞和裂缝，有利于提高强度和耐久性，但是这两种方法不能调控水泥水化产物的形状及其聚集态结构。在利用减水剂优点的同时，将减水剂和纳米材料复配使用，控制水泥水化产物的形状及其聚集状态，多方面的提高混凝土的耐久性从而延长水泥基复合材料的使用寿命。大幅减少建筑垃圾的产生，真正做到绿色环保建筑。

1.2 国内外研究现状

20 世纪中期以后开始在工程中广泛使用矿物掺和料和聚丙烯纤维有机纤维等掺合物，使得水泥基材料告别了单一的水泥胶凝体系，形成了更为合理的多元胶凝体系，在一定程度上改善了水泥基材料的韧性等性能，而且矿物掺和料的使用在水泥基材料的耐久性方面也起到了积极作用。然而通过向水泥基材料中掺加矿物掺和料、纤维的方法并没有对胶凝材料内部的微观缺陷进行改变。在加入矿物掺和料和有机纤维之后，研究人员开始注意到纳米材料在水泥基材料中的应用，发现掺加纳米粒子的水泥基材料的强度和韧性都有显著提高，纳米材料粒子可以更有效地填补微观缺陷、促进水化产物晶体更规整以及通过二次水化影响水化产物种类比例，从而有效改善水泥石的微观结构。迄今已得到应用的纳米材料主要为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙以及稻壳灰等。而近年来有研究发现，将氧化石墨烯(graphene oxide，GO)等新型纳米碳材料掺入水泥浆体中也会对水泥基材料的性能产生明显的影响。GO 含有丰富的表面含氧官能团如羟基(–OH)、羧基(–COOH)和环氧基(–O–)，这些活性基团的引入不仅使 GO 容易分散在水泥基体中，而且可能参与水泥水化过程中的物理化学反应，对水泥基体的微观结构和宏观性能产生影响。GO 对水泥的水化进程无明显影响；GO 所带有的含氧官能团并没有参与水泥的水化；GO 对水泥浆体硬化后形成的凝胶孔特征有重要影响；随着 GO 掺量的增加，能够使凝胶孔中存有更多的自由水，并在一定程度上细化、封闭孔结构；GO 对水泥水化的主要产物之一 CH 的形态有显著影响。聚羧酸减水剂在水泥基材料中能防止混凝土塌落度损失而引起明显的缓凝，低掺量下发挥较高的塑化效果。氧化石墨烯上很多的含氧官能团使得其本身有着更高的活性本实验为探究这些含氧官能团对水泥水化产生的影响。但是由于氧化石墨烯具有两亲性从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因而在水泥基材料中的分散性存在比较大的缺陷，为了使氧化石墨烯在水泥基材料中有着更好的分散性，所以本研究课题拟定将氧化石墨烯和减水剂进行复配使用以获得更好的分散性。

本论文研究的是以P-Ⅱ硅酸盐水泥为研究基础，拟定在水泥基材料中掺入不同掺量不同复配比例的GO/PCs复合物。对比同一种掺量的GO/PCs复合物的不同复配比例对水泥水化产物；凝结时间，流动度的影响，以及对水泥胶砂体系保水率；凝结时间；抗压强度；抗折强度等物理力学性能的影响。

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第1-4周： 2月25日-3月24日

第一、二周：收集课题相关文献资料，撰写文献综述。

第三周：拟定研究方案，准备各种原材料和实验试剂。

第四周：准备各种原材料和实验试剂，撰写修改开题报告。

第5-10周: 3月25日-4月28日

第五、六周：成型不同复配比例水泥净浆体系3d、28d龄期试块并改变掺量。测定各个体系的流动度。

第七、八周：成型不同掺量不同复配比例水泥胶砂体系3d、28d龄期试块并掺量。测定各个体系的保水率，翻译外文文献。

第九周：测定成型试块的强度并制备部分水化样。

第十周：处理水化样，XRD图谱分析水化各个水化样的水化产物。测定Ca(OH)₂剩余量。

第11-15周： 4月29日-6月9日

第十一周：构建论文框架，形成初稿。测定水泥胶砂试块14d的抗折强度、抗压强度。第十二周：测定测定水泥胶砂试块28d抗折强度、抗压强度。

第十三周：研究结果的分析，解图分析水化产物的种类，撰写论文。

第十四周：准备答辩内容。 修改并完成论文。

第十五周：撰写答辩报告，制作答辩PPT，准备答辩。