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使用氧化石墨烯保护混凝土

图片来源:stocksolutions / Shutterstock.com

混凝土结构的退化以及因此而产生的定期维护和维修需求,推动了人们对更好地保护混凝土的方法的兴趣,特别是防止水和降水的负面影响。

保护混凝土延长其使用寿命和降低维护成本的一种方法是应用表面保护材料。这些材料是疏水的,可以阻止社区供水中有害的氯离子的渗透。

混凝土表面处理一般分为三类:

  1. 在混凝土表面上形成连续薄膜的涂层
  2. 使用一种涂层“浸渍”可溶的表面成分,以创造一个保护性屏障
  3. 表面成分的“疏水浸渍”使混凝土防水

现有的涂层材料已经显示出不同程度的有效性。目前还没有一种涂层能够保护各种混凝土不受腐蚀。

氧化石墨烯及其作为表面保护材料的应用

混凝土研究人员最近专注于利用纳米材料开发高级涂层材料。特别是石墨化学剥落产生的氧化石墨烯,已经成为一种很有前途的候选材料。

由于其高比表面积和强度所传递的优越的力学性能,以及其在水中的良好分散性,氧化石墨烯似乎是混凝土表面保护的一个极好的候选材料。

在建筑材料中使用氧化石墨烯以提高其性能的研究越来越多。人们对这种材料的兴趣有所增长,部分原因是它比类似的碳纳米管和碳纳米纤维等碳纳米材料的生产成本更低。

防止水和离子渗透

在最近的一项研究中,研究人员研究了石墨烯氧化物涂层对混凝土的保护作用,重点关注其防止水和离子渗透的能力。

为了在混凝土样品上涂抹一层9毫克的氧化石墨烯,研究小组采用了三种应用方法:刷涂、喷涂和浸泡。

研究人员评估了90天前的样品的吸水率、毛细管吸水率和水蒸气渗透性。他们还进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)来评估分子变化,并进行了快速氯离子渗透测试(RCPT)来评估氯离子渗透造成的腐蚀程度。

用扫描电子显微镜(SEM)对样品表面的涂层质量进行了评价,用zeta电位分析确定了样品表面的变化。

通过吸水率和渗透性测试,氧化石墨烯涂层使混凝土试件的体积吸水率和毛细管吸水率分别降低了约40%和57%。

研究人员发现,当表面的氧化石墨烯含量上升时,混凝土的体积吸收和毛细管吸收都较低。傅里叶变换红外光谱对氧化石墨烯包覆样品的评价没有显示化学键合发生。测试涂层对水蒸气渗透性没有影响,但氧化石墨烯将氯离子渗透性降低到约25%。

该研究团队表示,其结果表明,氧化石墨烯作为下一代混凝土表面保护材料的潜力,特别是在恶劣条件下的结构。

在混凝土中加入氧化石墨烯

除了作为一种保护混凝土涂层的研究,氧化石墨烯也正在研究作为一种潜在的混凝土添加剂。研究表明,氧化石墨烯的掺入可以传递出卓越的机械强度和更大的耐久性。

一般来说,纳米材料作为混凝土添加剂有一个显著的缺点:分散性差。然而,氧化石墨烯的氧化功能使其比其他任何纳米材料更容易在水中分散。

建筑材料计量与凹坑可视化

在水泥基材料中添加氧化石墨烯的一个大缺点是,由于其相对较大的表面积,容易吸水,从而降低了可加工性。它的横向尺寸也很笨重,具有显著的保水能力。

尽管存在这些缺点,但事实证明,加入少量氧化石墨烯(水泥重量约1%)可以提高抗压强度。此外,0.05%氧化石墨烯的使用已被证明可以提高混凝土的抗压和抗弯强度。

最近的一项研究特别关注了含有天然细、粗骨料[1]的混凝土复合材料中的氧化石墨烯。研究发现,氧化石墨烯的掺入会降低可加工性,但会显著提高抗压强度(21 - 55%)和抗拉强度(16 - 38%)。

随着混凝土样品中氧化石墨烯含量的增加,初始表面吸收和吸附能力也降低。

研究小组进行了成本分析,发现0.06%的氧化石墨烯是90天的样品获得最大强度的最佳混合。

参考资料及进一步阅读

  1. 南卡罗莱纳州井斜。和R.A.汗。(2020)氧化石墨烯对混凝土力学性能和耐久性的影响.建筑工程学报.可以在:https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.101007

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布雷特•史密斯

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布雷特•史密斯

布雷特·史密斯是美国自由撰稿人,拥有布法罗州立学院新闻学学士学位,在专业实验室工作了8年。

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  • 美国心理学协会

    史密斯,布雷特。(2020年6月03)。使用氧化石墨烯保护混凝土。AZoBuild。2021年6月22日从//www.link-makers.com/article.aspx?ArticleID=8416获取。

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    史密斯,布雷特。石墨烯氧化物在混凝土保护中的应用。AZoBuild.2021年6月22日。< //www.link-makers.com/article.aspx?ArticleID=8416 >。

  • 芝加哥

    史密斯,布雷特。石墨烯氧化物在混凝土保护中的应用。AZoBuild。//www.link-makers.com/article.aspx?ArticleID=8416。(访问2021年6月22日)。

  • 哈佛大学

    史密斯,布雷特。2020。使用氧化石墨烯保护混凝土.AZoBuild,查看2021年6月22日,//www.link-makers.com/article.aspx?ArticleID=8416。

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