【摘 要】
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生土建筑因使用方便、热工性能好、绿色环保等优点而被广泛应用了数千年。但由于其强度低,耐久性差,体积稳定性差等特点使其应用受到一定限制。近年来,纳米材料的兴起为生土材料改性提供了一种新的方向。本文以氧化石墨烯与水泥复合改性的生土基材料为研究对象,研究氧化石墨烯掺量,水泥掺量,水固比等因素对生土基材料工作性能和力学性能的影响,阐释了氧化石墨烯与水泥协同增强生土基材料的作用机理。主要研究内容如下:首先,
【基金项目】
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国家自然科学基金(51641809、51878547);
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生土建筑因使用方便、热工性能好、绿色环保等优点而被广泛应用了数千年。但由于其强度低,耐久性差,体积稳定性差等特点使其应用受到一定限制。近年来,纳米材料的兴起为生土材料改性提供了一种新的方向。本文以氧化石墨烯与水泥复合改性的生土基材料为研究对象,研究氧化石墨烯掺量,水泥掺量,水固比等因素对生土基材料工作性能和力学性能的影响,阐释了氧化石墨烯与水泥协同增强生土基材料的作用机理。主要研究内容如下:首先,基于正交试验理论,研究了生土基材料的流动性和收缩性随氧化石墨烯掺量,水泥掺量,水固比的变化规律。结果表明氧化石墨烯掺量增加,生土基材料流动性减小,收缩性增大;水泥掺量增加,生土基材料流动性和收缩性均减小;水固比增加,生土基材料流动性和收缩性均增大。由正交试验极差分析可知,基于流动性的生土基材料最佳配合比为:氧化石墨烯掺量0%,水泥掺量0%,水固比0.5;基于收缩性的生土基材料最佳配合比为:氧化石墨烯掺量0%,水泥掺量15%,水固比0.41。其次,基于三点弯曲试验和无侧限抗压强度试验,测试了氧化石墨烯与水泥协同增强养护龄期分别为3d,7d,14d,28d,60d时生土基材料的力学性能,并分析了力学性能随氧化石墨烯掺量,水泥掺量,水固比的变化规律。研究表明,氧化石墨烯掺量增加,生土基材料抗折强度先增大,后减小,抗压强度增大;水泥掺量增加,生土基材料抗折和抗压强度均增大;水固比增加,抗折和抗压强度均减小。由正交试验极差分析可知,基于抗折强度的生土基材料最佳配合比为:氧化石墨烯掺量0.06%,水泥掺量15%,水固比0.41;基于抗压强度的生土基材料最佳配合比为:氧化石墨烯掺量0.09%,水泥掺量15%,水固比0.41。最后,基于综合平衡法,考虑流动性,收缩性与力学性能提出建议最佳配比为氧化石墨烯掺量0.06%,水泥掺量15%,水胶比0.41。当考虑生土注浆材料流动性为主要影响因素时,建议的最佳配合比为氧化石墨烯掺量0%,水泥掺量10%,水固比0.47。基于扫描电镜(SEM)研究分析了氧化石墨烯和水泥协同增强生土基材料的水化产物和微观形貌;结果表明,与单掺水泥时相比,氧化石墨烯和水泥增强生土基材料的微观结构更加密实。进一步通过氧化石墨烯单掺,水泥单掺,氧化石墨烯与水泥复掺对生土材料的增强效应进行分析。
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