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文献速读 Cement Concrete Res. ：氧化石墨烯纳米片在聚合物改性水泥复合材料中的消泡作用增强微观结构和力学性能  题目 题目：Antifoaming effect of graphene oxide nanosheets in polymer-modified cement composites for enhanced microstructure and mechanical performance 氧化石墨烯纳米片在聚合物改性水泥复合材料中的消泡作用增强微观结构和力学性能 关键词 关键词：聚合物；消泡剂；氧化石墨烯（GO）；夹带空气；微观结构 来源 出版年份：2022 来源：Cement and Concrete Research 课题组：澳大利亚莫纳什大学Ezzatollah Shamsaei课题组和Duan Wenhui课题组 研究背景 硅酸盐水泥混凝土是世界范围内的主要建筑材料，但其巨大的环境足迹受到巨大的批评。因此，减少水泥碳排放，提高水泥基结构的抗裂性和耐久性，延长水泥基材料的使用寿命是至关重要的。近年来，乳胶聚合物因其在粘接、韧性和耐久性等方面的积极作用，成为制备聚合物改性水泥（PMC）复合材料的常用改性剂。然而，聚合物夹带空气现象导致水泥基材料在新拌状态下产生有害的气泡和在硬化状态下的空气孔洞（大大降低了其抗压强度），从而限制PMC复合材料的广泛应用。为了降低夹带空气对PMC复合材料强度的负面影响，一种通常的方法是添加聚乙二醇或硅树脂等消泡剂，但消泡剂的引入会造成粘连不良的问题、不能显著提高PMC复合材料的力学强度；另一种方法是添加纳米材料，碳纳米管（CNTs）、纳米二氧化硅（nano-SiO2）和纳米二氧化钛（nano-TiO2）等纳米材料的掺入可以制备具有更高强度的PMC复合材料。然而，已有纳米材料强化方法主要集中在PMC复合材料的纳米 强化，而通过控制引气效应来调控微观结构的方法尚不明确。同时，2D纳米材料对PMC复合材料力学和微观结构性能的影响尚未报道。 研究出发点 二维氧化石墨烯（GO）纳米片具有高比表面积、优异的弹性模量和高拉伸强度等优异性能，是水泥基复合材料中研究最多的二维材料。含有羧酸基团的GO纳米片可以在GO与水泥基体之间产生界面粘附，显著提高纳米增强复合材料的力学性能。另外，GO能与聚合物形成复合材料，并显著提高PMC复合材料的力学性能。有必要研究GO对PMC复合材料控制引气效应、力学和微观结构性能的影响。 研究内容 本研究提出了一种通过2D氧化石墨烯（GO）纳米片来减少聚合物夹带空气的新方法，该方法可定制聚合物组装。研究发现：GO纳米片主要起到消泡剂的作用，改变聚合物与水泥基体的相互作用，并减轻聚合物改性水泥（PMC）复合材料的空气夹带；通过密度、微观结构和孔隙率表征研究了GO通过微观结构调控的消泡效应，并进行了理论验证。  图1 （a）在胶凝材料中由于醋酸乙烯共聚物（EVA）团聚而夹带气泡的PMC复合材料；（b）GO纳米片消泡作用：通过GO纳米片对EVA的表面改性消除空气夹带  图2 GO-聚合物复合材料（GOP）制备过程示意  图3 GO和GOP的紫外-可见光光谱及在水溶液中的分散效果  图4 掺杂GO或GOP试块的力学性能  图5 GO消泡机理示意 主要结论 本文提出了一种通过2D氧化石墨烯（GO）纳米片来减少聚合物改性水泥（PMC）复合材料中夹带空气的新方法。研究结果揭示了GO纳米片在PMC复合材料中的消泡作用，为高效制备杂化胶凝材料打开了一扇新的大门。主要结论如下： （1）扫描电镜显示GO纳米片改变了醋酸乙烯共聚物（EVA）的结构，同时透射电镜观察到皱缩的GO纳米片将团聚的EVA颗粒转化为分散良好的组装体； （2）均匀分散表征表明，GO纳米片分散增加有利于消除水泥基质中的气泡； （3）化学表征和水化动力学结果证实了GO纳米片改变引气聚合物EVA的化学结构，促进了水化动力学； （3）与PMC复合材料相比，GO改性的PMC复合材料的抗拉强度和抗压强度分别提高了59%和33%，更加致密，渗透率更低，仅为18.6%； （4）微观结构和孔隙率分析表明，与PMC复合材料相比，GO的消泡作用使GO改性的PMC复合材料的孔隙率降低60.1%； （5）对氧化石墨烯消泡机理的理论分析表明，GO纳米片的两亲性及其改变复合介质表面张力的能力是导致消泡的主要原因。 本期编者简介 翻译： 何 闯 博士后 深圳大学 审核： 程博远 博士生 深圳大学 排版： 颜文韬 硕士生 深圳大学 本期学术指导 何 闯 博士后 深圳大学 龙武剑 教嘻授 深圳大学 文献链接： https:///10.1016/j.cemconres.2022.106843 |
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