氧化石墨烯增强地聚物力学及抗氯侵蚀性能研究.pdfVIP

摘要

地聚物是一种由含铝硅酸盐的工业固废与强碱性激发剂反应生成的沸石状

无定形胶凝材料，因稳定的三维网络状分子结构而具有强度高、微观结构密实

和抗渗性能强等特点。然而，由于地聚物存在收缩严重、抗拉强度低等缺点导

致其在实际工程中的应用受阻。本研究基于氧化石墨烯优异的理化性质，将其

作为地聚物的改性材料，探究了粉煤灰-矿渣基地聚物（F-MA）力学性能和抗

氯侵蚀性能随氧化石墨烯掺量的变化规律。并通过宏观测试和微观分析探讨了

氧化石墨烯在F-MA中的最优掺量，最终揭示了氧化石墨烯提升F-MA力学及

抗氯侵蚀性能的作用机制。主要研究结论如下：

（1）当碱固比为5%，水玻璃模数为1.5，粉煤灰与矿渣的质量比为3:7时，

F-MA的力学性能最优，标准养护28天的抗折-抗压强度分别是5.77MPa和

68.02MPa。

（2）当氧化石墨烯掺量为0.01%时，氧化石墨烯-地聚物（FMAGO）的力

学性能最优，相比于基准组其标准养护28天的抗折-抗压强度分别提升了14.21%

和7.73%。微观分析结果表明氧化石墨烯可以从物理层面优化地聚物的微观结

构、填补孔隙、提升密实度并阻碍微裂纹扩展。此外，适量氧化石墨烯掺入还

可以促进地聚物的水化反应，生成高Ca/Si比、高Al/Si比和高聚合度的C-(A)-

S-H凝胶。

（3）FMAGO的抗氯侵蚀性能随氧化石墨烯掺量增加呈现出先上升后下降

的趋势，当氧化石墨烯掺量为0.01%时，FMAGO具有最优抗氯侵蚀性能。

FMAGO抗氯侵蚀性能提升是因为氧化石墨烯掺入增强了地聚物的整体性和致

密程度，阻碍了外界氯离子向地聚物内部的迁移速率。此外，氧化石墨烯可以

促进FMAGO的水化进程，使其生成更多水滑石和多铝相C-(A)-S-H凝胶，进

一步增强了FMAGO对氯离子的物理吸附和化学结合能力。

关键字：粉煤灰-矿渣基地聚物；氧化石墨烯；力学性能；抗氯侵蚀性能

ABSTRACT

Geopolymerisazeolite-likeamorphouscementitiousmaterialgeneratedbythe

reactionofindustrialsolidwastecontainingaluminosilicatewithastrongalkaline

exciter,whichexhibitshighstrength,densemicrostructureandstrongimpermeability

duetoitsstablethree-dimensionalnetworkedmolecularstructure.However,the

disadvantagesofgeopolymersuchassevereshrinkageandlowtensilestrengthleadto

itsapplicationinpracticalengineeringbeinghindered.Inthisresearch,grapheneoxide

wasusedasamodifiedmaterialtoinvestigatethevariationruleofmechanical

propertiesandchlorineerosionresistanceofflyash-slagbasegeopolymer(F-MA)with

grapheneoxidedoping,respectively.TheoptimaldosingofgrapheneoxideinF-MA

andthemechanismofgrapheneoxidetoenhancethemechanicalandchlorineerosion

resistanceofF-MAwerealsoinvestigatedthro