Page 233 - 《精细化工》2023年第8期
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第 8 期            高瑞军,等:  聚羧酸原位改性氧化石墨烯减水剂的制备及对混凝土性能的影响                                   ·1847·


            水、离析现象。GO-PCE 与 PCE 的分散性能相当,                       活性的 IPEG 原位接枝到 GO 表面,通过与 AA 发生
            混凝土坍落度均大于 200 mm;而外掺 GO 和 PCE                      共聚合反应,制备了 GO-PCE 减水剂,解决了 GO
            的混凝土流动性较差,混凝土坍落度为 185 mm,相                         易团聚的难题。
            较于 PCE 体系,坍落度损失率达 11.9%。另外,相                          (2)FTIR、拉曼光谱证明 IPEG 被接枝到 GO
            较于单掺 PCE、同时掺加 PCE 和 GO 的混凝土体系,                     表面以及 GO-IPEG 与 AA 成功发生了共聚合反应。
            掺 GO-PCE 的混凝土 28 d 抗压强度为 57 MPa、28 d               紫外光谱及 Zeta 电位结果显示,GO-IPEG 溶液的
                            –4
            收缩率为 1.90×10 、28 d 电通量为 1950 C,表明                  Zeta 电位为 1.1 mV,GO-IPEG 和 GO-PCE 依据 IPEG
            GO-PCE 能够显著提升硬化混凝土力学性能,改善                          的大空间位 阻效应实现 了 GO 在 GO-IPEG 和
            混凝土的抗开裂性能和抗氯离子渗透性能。                                GO-PCE 溶液中的稳定分散。
            2.4   GO-PCE 的增强抗裂机理                                  (3)GO-PCE 应用结果表明,GO-PCE 不会因
                 GO 能够促进水泥浆体后期的水化,通过改善                         为纳米 GO 的掺加而影响混凝土的工作性能,
            本体及界面结构来提升混凝土的抗裂性能,GO-PCE                          GO-PCE 通过单分子层 Langmiur 吸附模型吸附于水
            增强抗裂的机理示意图如图 8 所示。                                 泥颗粒表面上,能够显著提升硬化混凝土力学性能
                                                               并改善混凝土的抗开裂性能及抗氯离子渗透性能,
                                                               混凝土 28 d 抗压强度达到 57 MPa(GO-PCE 掺量
                                                               为 0.20%),GO-PCE 在大体积混凝土、易开裂混凝
                                                               土结构中具有广阔的潜在应用前景。

                                                               参考文献:

                                                               [1]   ZHU  Y W, MURALI S, CAI W W,  et al. Graphene and graphene
               A—吸附-分散效应;B—晶核-模板效应;C—抗裂层形成                         oxide: Synthesis, properties and applications[J]. Advanced Materials,
                    图 8  GO-PCE 的增强抗裂机理示意图                         2010, 22(35): 3906-3924.
            Fig. 8    Schematic diagram of strengthening and crack   [2]   LI D, MULLER  M B, GILJE S,  et al. Processable aqueous
                    resistance mechanism of GO-PCE                 dispersions of graphene nanosheets[J]. Nature Nanotechnology, 2008,
                                                               [3]   3(2): 101-105.
                                                                   YU C P, SHI H H, SHI D A, et al. An effective way to prepare
                 由图 8A 可见,水泥颗粒与水、GO-PCE 接触后,                       polyethylene glycol-modefied graphene oxide[J]. Acta Polymerica
            GO-PCE 主链上的阴离子基团首先吸附于水泥颗粒                              Sinica, 2012, 12(6): 653-659.
                                                               [4]   STANKOVICH S, DIKIN D A, DOMMETT G H B. Graphene-based
            表面上,通过聚氧乙烯长侧链的空间位阻作用使水                                 composite materials[J]. Nature, 2006, 442(7100): 282-286.
            泥颗粒相互分散。同时,GO 封端的聚氧乙烯侧链                            [5]   DIMIEV  A M,  TOUR J M. Mechanism of graphene oxide
                                                                   formation[J]. ACS Nano, 2014, 8(3): 3060-3068.
            均匀地分布于水泥颗粒表面,形成一层 GO 网格结                           [6]   SHANMUGHARAJ A M, YOON J H, YANG W J, et al. Synthesis,
            构。由于 GO 的高比表面积和较多表面活性含氧官                               characterization, and surface wettability properties of amine functionalized
                                                                   graphene oxide films with varying amine chain lengths[J]. Journal of
            能团,部分水化硅酸钙凝胶(C-S-H)会和 GO 结构                            Colloid and Interface Science, 2013, 401: 148-154.
            中含氧官能团发生吸附作用,形成以 GO 为晶核的                           [7]   PHIRI J, JOHANSSON L S, GANE P, et al. A comparative study of
                                                       2+
            C-S-H 凝胶(图 8B),降低了水泥浆体中的 Ca 、                          mechanical, thermal and electrical properties of graphene, graphene
                                                                   oxide and reduced  graphene oxide doped microfibrillated cellulose
                      2+
              4+
            Si 及 Mg 等离子浓度。为平衡水泥浆体体系的离                              nanocomposites[J]. Composites Part B, 2018, 147: 104-113.
                                                               [8]   CHEN Z, LIU Y N, FANG L J, et al. Role of reduced graphene oxide
            子浓度,硅酸三钙(C 3 S)矿物会进一步溶解释放                              in dielectric enhancement of ferroelectric polymers composites[J].
               2+
            Ca 及向水泥浆体中迁移,从而加速了 C 3 S 的水化                           Applied Surface Science, 2019, 470: 348-359.
                                                               [9]   BOTLHOKO O J, RAMONTJA J, RAY S S. Morphological
            反应。随着水泥水化反应的进行,GO 网格结构逐
                                                                   development and enhancement of thermal, mechanical, and electronic
            渐被水泥水化产物覆盖,在水化产物的界面结构过                                 properties of thermally exfoliated graphene oxide-filled biodegradable
                                                                   polylactide/poly(ε-caprolactone) blend composites[J]. Polymer, 2018,
            渡区处,GO 网格结构以自身为模板,利用 GO 的晶
                                                                   139: 188-200.
                                                 2+
                                                       4+
            核作用,促进水泥浆体孔隙溶液中的 Ca 、Si 及                          [10]  LUNA M S, WANG  Y, ZHAI T,  et al. Nanocomposite polymeric
               2+
            Mg 等离子逐渐向模板靠近,C-S-H 凝胶产物含量                             materials with 3D graphene-based architectures: From design strategies
                                                                   to tailored properties and potential applications[J]. Progress in Polymer
            逐渐增加,形成以 GO 为核心的界面网络结构(如                               Science, 2019, 89: 213-249.
            图 8C),改善了水泥基材料的界面微观结构,从而                           [11]  ADRAR S, HABI A, AJJI A,  et al. Synergistic effects in epoxy
                                                                   functionalized graphene and modified organo-montmorillonite PLA/
            提升了混凝土力学性能和收缩抗裂性能。                                     PBAT blends[J]. Applied Clay Science, 2018, 157: 65-75.
                                                               [12]  LIN C, XIE X M. Preparation of GO/PMMA nanocomposites with
            3   结论                                                 significantly increased properties through metal ion coordination[J].
                                                                   Acta Polymerica Sinica, 2019, 50: 1-9.
                                                               [13]  JIAO Y, CHEN D, XIAO M J, et al. One-step reduction and covalent
                (1)利用 GO 表面羧基活化技术,将带有聚合                            graft of graphene  oxide  with polyetheramine  for preparing flame-
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