摘要： 通过改变氧化石墨纳微颗粒的掺量，研究了氧化石墨纳微颗粒对水泥砂浆力学性能的影响。结果表明，氧化石墨纳微颗粒可以改善水泥砂浆的流动性，石墨纳微颗粒的掺入可以显著改善水泥胶砂的力学性能。
关键词：氧化纳微石墨 水泥砂浆 力学性能 流动性
Abstract： By changing the graphite oxide content of the micro particles， graphite oxide was studied， the influence of micro particles on the mechanical properties of cement mortars. The results show that the graphite oxide micro particles can improve the liquidity of cement mortar， graphite， the mixed satisfied micro particles can significantly improve the mechanical properties of cement mortar.
Key words： Satisfied micro graphite oxide； Cement mortar； Mechanical properties； liquidity
1.前言
随着混凝土材料的不断发展，高性能或超高性能已成为混凝土材料的主要发展趋势。但混凝土作为一种多孔脆性材料，在结构上存在一些缺陷，如何进一步提高超高性能混凝土的强度和韧性，仍然是混凝土研究工作者追求的目标。纳米材料的出现以及工艺的进步为混凝土的发展提供了新的思路，纳米材料的特性可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流动度，更重要的是可改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土强度 、 抗渗性与耐久性均得以提高。
纳米氧化石墨是石墨的氧化产物，结构上含有大量的羟基、羧基、环氧基等活性基团，容易形成分散层，有明显的增强增韧作用[1～3]。吕升华[4]研究氧化石墨烯对水泥水化晶体形貌的调控作用及对力学性能的影响表明：氧化石墨烯可改善水泥石的力学性能，并对水泥水化晶体产物的形成具有促进和模板效应。Korayem. A.[5]等人研究了氧化石墨烯对硅酸盐水泥浆体的增强作用。试验发现，当水泥浆体中掺入0.03%的氧化石墨烯，大大减少了水泥浆体的孔结构，水泥复合材料的抗压强度和拉伸强度能增加40%以上。另外，由于氧化石墨烯的掺入，大大提高了水泥浆体的水化程度，但是该水泥复合材料的工作性有所降低。
本文通过将自制的氧化石墨纳微颗粒加入到水泥砂浆中，观察不同掺量的氧化石墨纳微颗粒对水泥石形貌、微观结构、水化反应以及砂浆的抗压抗折强度影响。
2.实验
2.1原材料及仪器
2.2纳米氧化石墨制作
以325目天然鳞片石墨和为原料，通过球磨的作用制得氧化石墨，将制得的混合物通过超声分散、静止沉淀、分离得到氧化石墨胶体溶液，再将所得样品在电热恒温真空干燥箱中70℃烘干至恒重。
红外测试结果表明，氧化石墨烯中存在着大量的含氧官能团，主要是羟基（―OH）、羧基（―COOH）和环氧基（―O―）。其中极性官能团羟基和羧基的存在，使氧化石墨烯很容易与水分子形成氢键，这也解释了氧化石墨烯具有良好的亲水性的原因。
2.3检测方法
按照GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》规定方法测量水泥的砂浆流动度。
3.结果与讨论
3.1氧化纳微石墨颗粒对砂浆流动性的影响
氧化纳微石墨颗粒对水泥砂浆流动性的影响如表2所示，从整体上看，随着氧化石墨烯的掺量的增加，水泥砂浆的流动度呈逐渐增加的趋势，但幅度较小。在本试验几个不同掺量中，当掺量为0.05%时，流动度达到最大值为150mm，相对基准试件提高了7.9%。其主要原因是水泥在加水搅拌及凝结硬化过程中，水泥矿物在水化过程中所带电荷不同使得异性电荷相吸，溶液中水泥颗粒的热运动在某些边棱角处相互碰撞吸附相互吸引，因粒子间的分子引力作用等而产生絮凝，导致新拌混凝土工作性变差。在混凝土中掺入氧化石墨烯后，由于氧化石墨烯含有大量羟基和羧基亲水基，氧化石墨烯的疏水基团定向吸附于水泥质点表面，亲水基团指向水溶液，形成了单分子或多分子吸附膜，使水泥质点表面上带相同符号的电荷，在电性斥力作用下，促使水泥浆絮凝结构解体，释放出自由水，从而提高拌和物的流动性[4]。另外，氧化石墨纳微颗粒在水泥颗粒表面定向排列，其亲水端极性较强，带有负电，很容易与水分子中氢键产生综合作用，再加上水分子间的氢键缔合，在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜，阻止水泥颗粒间的直接接触，从而起到了润滑作用，使砂浆的流动性增强。
3.2氧化纳微石墨颗粒对砂浆力学性能的影响
将不同掺量的氧化石墨纳微颗粒加入水泥砂浆中成型养护，每3个试件为一组。在达到规定龄期后进行砂浆的抗折、抗压强度试验，其具体结果如表3所示。
4.结论
本文对氧化石墨纳微颗粒改性水泥石微观结构、砂浆的工作性、力学性能进行了研究。结果表明，氧化纳微石墨颗粒可改善水泥水化产物的微观结构。纳微石墨具有促进作用，促使水泥微观结晶物形貌规整，随着纳微石墨掺量的增加，断面结构越来越致密，结晶产物也越来越细小均匀，空隙越来越少，从而显著提高水泥石的力学性能，具有显著的增强增韧效果。同时氧化石墨纳微颗粒能延缓水泥砂浆的凝结时间、增进砂浆流动度。因此，将氧化纳微石墨颗粒掺入水泥砂浆中具有理论价值和应用前景。不足之处是球磨法相对与传统方法制得的纳米氧化石墨含氧量分布不均匀、形状不规则、分离提纯困难，导致原材料表征不足，对于水泥基材料的影响只能做参考。
