水灰比调控氧化石墨烯增强水泥浆体氯离子固化性能.pdf

2023 年第 8 期河南建材水灰比调控氧化石墨烯增强水泥浆体氯离子固化性能罗启灵1 赖慈锋1 付军恩李志堂3董刚4 任秋兵51深圳大学土木与交通工程学院(51 8 0 6 0)2中国铁建大桥工程局集团有限公司（30 0 30 0）3保利长大工程有限公司（51 0 0 0 0)4深圳市盐田港建筑工程检测有限公司（51 8 6 0 0）5天津大学（30 0 350)摘要：氯离子侵蚀是导致钢筋混凝土结构腐蚀劣化的主要原因，氯离子固化技术可有效降低混凝土孔隙液中自由氯离子浓度，降低腐蚀破坏风险。已有研究表明氧化石墨烯对水泥浆体氯离子固化性能有明显增强作用，但水灰比对其提升效果的影响尚未研究，通过水灰比调控氧化石墨烯增强浆体固氯性能缺少最佳水灰比的参数支撑。文章研究了不同水灰比下氧化石墨烯对水泥浆体氯离子固化性能的增强效果。测试结果表明，随着水灰比逐渐提高，氯离子固化效果先增强，但当水灰比达到0.6 时，氧化石墨烯改性增强效果减弱。关键词：氯离子固化；氧化石墨烯；水灰比；自由氯离子0引言氯离子引发的钢筋腐蚀是导致钢筋混凝土结构腐蚀劣化的主要原因 1-3。在结构服役期间,环境中的氯离子会通过微观孔隙侵入钢筋混凝土结构内部，并随着时间延长逐渐迁移至钢筋表面。当积聚在钢筋表面的氯离子浓度超过腐蚀的阈值后，钢筋发生腐蚀破坏导致锈胀，使混凝土结构产生大量孔隙,甚至发生脱落。现阶段氯离子腐蚀的防治措施主要有缓蚀剂,缓蚀涂层，阴极保护等 4,但并无法降低混凝土孔隙液中的自由氯离子浓度，腐蚀破坏风险依然存在。氯离子固化技术作为一种有前景的抗氯离子侵蚀防护手段，通过化学吸附和物理结合两种方式，将孔隙液中的自由氯离子转化为无法造成腐蚀破坏的束缚性氯离子,能够有效降低钢筋混凝土结构腐蚀破坏风险。纳米材料由于其高比表面积、高化学活性以及从表4 的计算数据可以得出以下结论：由于模型的一致性，在非地震作用下柱内力完全一致，这一点证实了模型-1 中添加的用于质量源的额外荷载没有影响结构构件的内力计算结果；由于模型-1 考虑了贮料重心高度，使得地震作用下的结构总弯矩增大,因此在地震力作用下的柱轴力明显增大,其内力变化的幅度与抗震设防烈度和筒仓储量成正比。3结论通过以上基于工程实例的模型计算分析，筒仓贮料重心高度不仅对地震作用下结构整体受力计算有极大影响,对于结构构件的内力计算也有部分影响。通过文章所论述的建模方法、荷载分组和加与水泥水化产物高适应性等优异性能，在水泥基材料中的应用已经得到了一定的研究。二维片状纳米石墨烯及其衍生物因其sp杂化碳原子构成的平面共轭结构和可调控表面基团，具有高比表面积、高强度、高韧性、更好的亲水性等诸多优点，可更有效改善水泥基材料的水化、孔隙、强度以及耐久性能。氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)掺人水泥基复合材料中，由于其表面基团丰富及比表面积大等优点，可以为水泥基材料的水化提供大量的成核位点，促进了水泥的水化作用以及水化产物C-S-H的生成。已有研究表明氧化石墨烯可有效增强水泥浆体的固化性能，在0.2 wt.%的掺量下氯离子固化量相对于空白组提升4 6%。然而,水灰比也是影响水泥水化和氯离子固化提升效果的重要因素，现阶段缺乏水灰比调控水泥浆体氯离子固化效果的机理研究探索。载方法、质量源分配方法，可以准确计算筒仓贮料重心高度变化时的地震作用力，是一种能够充分体现筒仓实际受力情况并且易于实现的建模方法。该方法不仅可以用于上述的圆形独立筒仓，也可用于矩形筒仓、群仓等各类形式的仓储结构建模。参考文献：1 陈佳,丁永刚,许启铿,等.地震作用下柱承式筒仓动态侧压力计算方法研究.地震工程与工程振动,2 0 2 2,4 2(6):1 4 4-152.2 GB501912012,构筑物抗震设计规范 S3 GB500772017,钢筋混凝土筒仓设计标准 S.Henan Building Materials试验研究13河南建材2 0 2 3年第8 期文章研究了不同水灰比下氧化石墨烯对水泥浆体氯离子固化性能的增强效果；通过设置不同水灰比探究其对氧化石墨烯提升效果的影响,并通过热重分析(TG)探究其影响机理。本研究有望为水灰比调控氧化石墨烯增强浆体固氯性能提供最佳水灰比的参数支撑。1试验1.1试验材料本研究所用氧化石墨烯购买自国药化学试剂有限公司（上海）,不需要进一步提纯。所用硅酸盐水泥符合中国国标GB175和GB176,水泥的物理性质和化学组成见表1 和表2。试验过程全程使用去离子水，避免外界氯离子造成干扰。表1 物理性质比表面积Po(ml/g)(g/cm)初凝终凝3d28d3d28 d4103.16试验物相CaoAl.03Si02MgOFe20;SO3Na20K.0烧失量研效果为6 4%。测试结果表明当水灰比较低时，氧化质量62.794.5219.962.483.692.40.310.821.06究1.2试验设计为了探究水灰比对氧化石墨烯提高水泥浆体氯离子固化性能的影响，设计了0.4、0.5、0.6 三个不同的水灰比，氧化石墨烯的掺量都为0.2 wt.%。具体配合比见表3。将制备的浆体倒入1 5mm15mm15mm的硅胶模具中，用塑料薄膜覆盖，防止水分蒸发。养护1 d后脱模,在2 0 2、相对湿度大于95%的养护室养护2 8 d。表3配合比试验组水泥(g)水(mL)氧化石墨烯(g)水灰比CO500C1500C2500C35001.3氯离子固化水泥浆体的氯离子固化性能通过典型平衡试验测定。将养护2 8 d的水泥试块在50 下真空干燥至恒重,然后使用球磨机研磨成粒度小于7 5m的均匀粉末。将4 g粉末加人初始浓度为3Mol/L的40mLNaCl溶液中，搅拌混合物以确保粉末和溶液充分接触，在2 5下将其储存在密封塑料离心管中,以避免蒸发和碳化。每隔1 2 h周期性地摇动试14管以确保吸附平衡。浸泡1、3、5、7、9、1 2 和1 4 d后，将混合物以50 0 0 rpm的速度离心5min获得上清液。最后，根据中国标准JGJT322一2 0 1 3，使用自动电位滴定仪用0.1 M硝酸银（AgNO3)测试上清液中的剩余氯离子浓度，并对每个样品进行8 次测量，以确保统计可靠性。2试验结果与讨论2.1氯离子滴定测试为了评估水灰比对水泥氯离子固化性能的影响，采用典型平衡试验记录了不同水泥浆在3Mol/LNaCl溶液中不同浸泡时间的氯离子固化量（Cb）。（如图1 所示），所有样品的Cb值都随着浸泡时间的延长而明显增加。通过与CO组比较,无论水灰比高低，GO的加人都可以提高Cb值。在0.4 和0.5的凝结时间抗压强度(min)(MPa)16121939.964.6表2化学组成2500.02001.02501.03001.0Henan Building Materials抗弯强度(MPa)7.18.90.50.40.50.6水灰比下，水泥浆体的氯离子固化性能随着水灰比增加而增强。当水灰比继续增加至0.6 时，相较于0.5的水灰比，氧化石墨烯的改性提升效果有所降低。在浸泡1 4 d时，0.5的水灰比下氯离子固化效果提升6 7.8%，而在0.6 的水灰比下氯离子固化提升石墨烯的改性提升效果明显，当水灰比较高时（大于0.6），氧化石墨烯的改性提升效果开始减弱。50C2403002.2热重分析DTG曲线可以通过特定温度区间内的质量损失来识别不同的相。C-S-H凝胶作为主要水化产物之一，在4 0 6 0 0 持续失去结合水，中心峰值约为100，A Ft 的结晶水在1 0 5 1 1 4 时被去除。由于AFt含量较低,C-S-H凝胶在9 0 1 2 0 的质量损失中占主导地位。对于DTG曲线，质量损失峰值越强,对应的相含量越多。对养护2 8 d的水泥粉末进行热重分析，DTG曲线（如图2 所示）。在0.4 和0.5IC1C317浸泡时间(d)图1 氯离子固化量142023 年第 8 期河南建材水灰比下,随着水灰比增加，水化硅酸钙(C-S-H)含量逐渐增加,并在水灰比达到0.5时含量最高。当水灰比继续增加至0.6 时,C-S-H含量开始降低。但无论水灰比如何变化，相较于空白组，加人氧化石墨烯后,C-S-H含量都有明显提升。热重测试结果表明，氧化石墨烯可以通过促进C-S-H含量提高氯离子物理吸附，且当水灰比低于0.5时，随着水灰比增加而逐渐增强8。当水灰比高于0.5时，由于水泥熟料含量降低，从而导致C-S-H生成减少,物理吸附被减弱，但0.6 水灰比下C-S-H含量依然大于空白组,这与滴定测试结果相符 9-1 0 。-CoC1C2C3(0./%)1aC-S-H/AFt200图2 养护2 8 d的热重测试3结论文章研究了不同水灰比下氧化石墨烯对水泥浆体氯离子固化性能的增强效果，并通过热重测试分析物相变化探究机理。具体结论如下：1)不同水灰比下，氧化石墨烯对水泥浆体氯离子固化性能都有改性增强作用。当水灰比为0.40.5时,增强效果随着水灰比增加而增强；当水灰比达到0.6 时,增强效果被削弱。在浸泡1 4 d时，0.5的水灰比下氯离子固化效果提升6 7.8%，而在0.6的水灰比下氯离子固化提升效果为6 4%；2)氧化石墨烯可以有效提高C-S-H的生成量，促进水泥浆体对氯离子的物理吸附。在水灰比较低时(小于0.5),C-S-H含量随着水灰比增加而增加；当水灰比较高时（大于0.5），由于水泥熟料所占比例降低,可供水化的物相含量降低,导致C-S-H生成量减少,因此降低了水泥浆体的氯离子物理吸附性能。参考文献：1 SHIJJ,WU M,MING J.In-depth insight into the role ofmolybdate in corrosion resistance of reinforcing steel in chlo-ride-contaminated mortarsj.Cement&Concrete Compos-ites,2022,132.2 CHEN X F,HE Y J,LU L N,et al.Effects of curing regimeson the chloride binding capacity of cementitious materials.Construction and Building Materials,2022,342.3 HUA T F,HU X,TANG J H,et al.Influence of CaO-basedexpansive agent on chloride penetration resistance of marineconcreteJ.Construction and Building Materials,2022,326.4 BOLZONI F,BRENNA A,ORMELLESE M.Recent advances in the use of inhibitors to prevent chloride-inducedcorrosion in reinforced concreteJ.Cement and ConcreteResearch,2022,154.5 ZHANG M,XU F,LIN D,et al.A smart anti-corrosion coat-ing based on triple functional fllers J.Chemical EngineeringJournal,2022,446.6 YANG G L,OUYANG Y J,XIE Z H,et 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