氧化石墨烯在頁巖陶粒高強輕質混凝土中的應用研究

中國水利水電出版社

【作者】洪曉江著

【I S B N 】978-7-5226-2452-5

【責任編輯】張玉玲

【適用讀者群】本專通用

【出版時間】2024-07-01

【開本】16開

【裝幀信息】平裝（光膜）

【版次】第1版第1次印刷

【頁數(shù)】200

【千字數(shù)】203

【印張】12.5

【定價】￥78

【叢書】

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本書簡要介紹了高強輕質混凝土、頁巖陶粒和氧化石墨烯的應用研究現(xiàn)狀，以陶粒和陶砂為粗細骨料配制了高強輕質混凝土，通過一系列試驗詳細分析了不同添加量的氧化石墨烯對高強輕質混凝土工作性能、力學性能、耐久性能和干燥收縮性能等宏觀性能的影響。基于高強輕質混凝土的干燥收縮試驗數(shù)據(jù)，對比分析了常見的干燥收縮模型的適用性和準確性，并提出了氧化石墨烯含量影響系數(shù)的ACI 209（1992）修正模型。結合壓汞儀測試和掃描電鏡測試結果，較為全面地分析了氧化石墨烯對高強輕質混凝土的孔隙結構和微觀形貌的影響。

本書內容豐富，系統(tǒng)全面，可供土木工程、建筑工程、水利工程和交通運輸工程等專業(yè)從事水泥混凝土材料設計、施工和管理工作的廣大技術人員，以及科研院所的科技人員和高等院校相關專業(yè)的師生參考使用。

相比普通混凝土，高強輕質混凝土在超高層建筑物、大跨度橋梁和深海平臺等大型結構建設中展現(xiàn)出了無可比擬的優(yōu)勢。近幾年，高強輕質混凝土的需求量日益擴增。隨著科學技術和生產(chǎn)技術的發(fā)展，對高強輕質混凝土的性能需求也與時俱進。高強輕質混凝土不僅要保證輕質量高強度，更要兼顧良好的耐久性能和干燥收縮性能。為了實現(xiàn)資源可持續(xù)和環(huán)境保護的協(xié)調發(fā)展，國家近年來陸續(xù)出臺了相關政策，提倡混凝土應逐漸達到“綠色”“低碳”的要求。但是，由于強度有限和脆性大等，高強輕質混凝土的性能有待進一步提高。為了彌補上述缺點和進一步提高高強輕質混凝土的綜合性能，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)以來一直受到水泥和混凝土行業(yè)的極大關注，通過近幾年的廣泛研究，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構的納米材料。氧化石墨烯除了具備其他納米材料具備的“納米效應”外，其特有的含氧官能團還能幫助混凝土獲得更優(yōu)異的力學性能和耐久性能。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域的應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用目前仍處于初期探索階段，研究內容以力學性能為主，研究方法注重宏觀層面，許多增強機制仍需進一步的研究和驗證，特別在高強輕質混凝土中的研究幾乎沒有。

本書緊緊圍繞氧化石墨烯對頁巖陶粒高強輕質混凝土的工作性能、力學性能、耐久性能、干燥收縮性能和微觀機理等方面的影響開展試驗研究。全書共分8章，主要內容包括：研究以減水劑為活性劑的氧化石墨烯分散液制備工藝，對比不同含量氧化石墨烯的分散效果，設計相應的混凝土拌合物制備工藝，配制等級為LC60的高強輕質混凝土；通過坍落度試驗對工作性能進行研究，得出氧化石墨烯對高強輕質混凝土工作性能的影響規(guī)律；通過抗壓強度試驗、抗折強度試驗、劈裂抗拉強度試驗和抗壓彈性模量試驗對力學性能進行研究，得出氧化石墨烯對高強輕質混凝土力學性能的影響規(guī)律，利用比強度、折壓比、拉壓比等特征參數(shù)對力學性能進行評價，并對抗折強度、劈裂抗拉強度和抗壓彈性模量計算公式進行研究，以抗壓強度試驗數(shù)據(jù)為變量，分別對比分析目前常用抗折強度、劈裂抗拉強度和抗壓彈性模量計算公式的預測精度；通過抗氯離子滲透試驗、抗硫酸鹽侵蝕試驗、抗凍試驗和抗碳化試驗對耐久性能進行研究，得出氧化石墨烯對高強輕質混凝土耐久性能的影響規(guī)律；通過干燥收縮試驗對干燥收縮性能進行研究，得出氧化石墨烯對高強輕質混凝土干燥收縮性能的影響規(guī)律，重點對比分析常見的干燥收縮模型對于高強輕質混凝土干燥收縮預測的適用性，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；通過壓汞儀測試方法和掃描電子顯微鏡測試方法較為全面地分析氧化石墨烯對高強輕質混凝土孔隙結構和微觀形貌的影響，從微觀機理角度分析高強輕質混凝土宏觀性能變化的原因。

本書是根據(jù)西昌學院博士科研啟動項目“含氧化石墨烯輕質高強混凝土力學性能研究”（YBZ202144）的研究成果，結合作者及其研究團隊近年來的研究成果撰寫而成。

本書在編寫過程中，參閱了大量的相關專著和文獻，在此向有關專家和作者致以誠摯的謝意！由于編寫時間倉促，作者的經(jīng)驗和水平有限，書中難免存在不妥之處，懇請讀者和專家批評指正。

作者

2023年8月

第1章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 高強輕質混凝土 4
1.2.1 高強輕質混凝土的定義 4
1.2.2 高強輕質混凝土優(yōu)缺點 5
1.2.3 高強輕質混凝土研究進展 6
1.3 頁巖陶粒混凝土 8
1.3.1 頁巖陶粒特征及類型 8
1.3.2 高強頁巖陶粒技術指標 9
1.3.3 頁巖陶粒混凝土的研究現(xiàn)狀 9
1.4 氧化石墨烯 11
1.4.1 氧化石墨烯的結構與性質 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用研究現(xiàn)狀 15
1.5.1 氧化石墨烯增強機理 15
1.5.2 氧化石墨烯對力學性能的影響研究 17
1.5.3 氧化石墨烯對耐久性能的影響研究 18
1.6 本書主要研究內容 19
第2章試驗原材料及試件制備 21
2.1 試驗主要原材料 21
2.1.1 氧化石墨烯 21
2.1.2 頁巖陶粒 23
2.1.3 頁巖陶砂 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 分散液制備結果對比 32
2.3 試驗配合比設計 33
2.3.1 試驗配合比設計原則 33
2.3.2 試驗配合比設計步驟 34
2.3.3 試驗配合比設計方案 37
2.4 試件制備 37
2.4.1 制備工藝 37
2.4.2 試驗項目 39
2.5 本章小結 40
第3章氧化石墨烯對高強輕質混凝土工作性能的影響研究 41
3.1 氧化石墨烯對高強輕質混凝土密度的影響 41
3.1.1 試驗方法 42
3.1.2 結果分析 43
3.2 氧化石墨烯對高強輕質混凝土坍落度的影響 44
3.2.1 試驗方法 45
3.2.2 結果分析 45
3.3 本章小結 47
第4章氧化石墨烯對高強輕質混凝土力學性能的影響研究 48
4.1 氧化石墨烯對高強輕質混凝土抗壓強度的影響 48
4.1.1 試驗方法 48
4.1.2 結果分析 50
4.2 氧化石墨烯對高強輕質混凝土抗折強度的影響 53
4.2.1 試驗方法 53
4.2.2 結果分析 55
4.3 氧化石墨烯對高強輕質混凝土劈裂抗拉強度的影響 58
4.3.1 試驗方法 59
4.3.2 結果分析 60
4.4 氧化石墨烯對高強輕質混凝土抗壓彈性模量的影響 64
4.4.1 試驗方法 64
4.4.2 結果分析 66
4.5 本章小結 70
第5章氧化石墨烯對高強輕質混凝土耐久性能的影響研究 72
5.1 氧化石墨烯對高強輕質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 試驗方法 77
5.1.3 結果分析 80
5.2 氧化石墨烯對高強輕質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 試驗方法 85
5.2.3 結果分析 87
5.3 氧化石墨烯對高強輕質混凝土抗凍性能的影響 90
5.3.1 基本理論 90
5.3.2 試驗方法 93
5.3.3 結果分析 97
5.4 氧化石墨烯對高強輕質混凝土抗碳化性能的影響 101
5.4.1 基本理論 101
5.4.2 試驗方法 105
5.4.3 結果分析 107
5.5 本章小結 111
第6章氧化石墨烯對高強輕質混凝土干燥收縮性能的影響研究 112
6.1 氧化石墨烯對高強輕質混凝土干燥收縮性能的影響 112
6.1.1 基本理論 114
6.1.2 試驗方法 117
6.1.3 結果分析 119
6.2 常見的干燥收縮預測模型對比分析 121
6.2.1 常見的干燥收縮預測模型 122
6.2.2 模型對比分析 129
6.2.3 預測結果分析 133
6.3 ACI 209（1992）修正模型的建立與預測分析 137
6.3.1 ACI 209（1992）修正模型 140
6.3.2 預測結果分析 143
6.4 本章小結 145
第7章氧化石墨烯對高強輕質混凝土微觀機理的影響研究 146
7.1 引言 146
7.2 氧化石墨烯對高強輕質混凝土孔隙結構的影響 150
7.2.1 試驗方法 158
7.2.2 結果分析 160
7.3 氧化石墨烯對高強輕質混凝土微觀形貌的影響 162
7.3.1 試驗方法 164
7.3.2 結果分析 164
7.4 本章小結 168
第8章結論與展望 170
8.1 結論 170
8.2 展望 172
參考文獻 174

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