氧化石墨烯對(duì)再生混凝土氣體滲透性能的影響

佟建楠

（唐山學(xué)院，河北 唐山 063000）

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

水泥采用P·O.42.5 普通硅酸鹽水泥。粗骨料采用的廢棄混凝土為廢棄的C40 混凝土墻、梁構(gòu)件，經(jīng)人工破碎處理得到粒徑為5～26.5mm 的再生混凝土粗骨料。細(xì)骨料采用天然河砂，經(jīng)測(cè)定其表觀密度為2682kg/m3，含泥量2.7%，細(xì)度模數(shù)為2.57，為中砂。試驗(yàn)用水采用去離子水，減水劑為聚羧酸高效減水劑粉末，減水率為25%～40%.GO 采用改進(jìn)的Hummers 法制備的工業(yè)氧化石墨烯漿料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

混凝土配合比按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ/55—2011) 設(shè)計(jì)，再生混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40。試驗(yàn)主要考慮GO 對(duì)再生混凝土性能的影響，故再生粗骨料取代率均為100%。

試驗(yàn)試件共計(jì)4 組，每組3 個(gè)試塊，共12 塊.試塊尺寸均為100mm×100mm×400mm。按照GO 摻量為水泥質(zhì)量的0、0.03%、0.06%及0.09%，將試件組編號(hào)為RC0、RC03、RC06和RC09。養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d、14d、28d。

1.3 GO 的測(cè)試與表征

本次試驗(yàn)對(duì)GO 進(jìn)行了準(zhǔn)確表征，分析其元素含量和含氧基團(tuán)的組成與分布，保證試驗(yàn)的精確性與可重復(fù)性。X 射線能譜分析 (EDS)：對(duì)GO 的元素進(jìn)行分析，將改進(jìn)Hummers 法制備的工業(yè)GO 漿料置于干燥烘干箱烘干2h，溫度控制在60℃；樣品取出，在瑪瑙研缽中研磨成粉末狀固體，用X 射線能譜儀對(duì)選定區(qū)域進(jìn)行元素分析。

紅外光譜測(cè)定(FTIR)：對(duì)GO 的含氧官能團(tuán)進(jìn)行分析，采用KBr 壓片法，取研細(xì)的GO 樣品與KBr 粉末以1∶100 比例配制成1g 粉末狀固體，在瑪瑙研缽中仔細(xì)研磨，烘干箱干燥2h，裝入模具高壓下成膜.用分辨率為1.5cm-1、光譜范圍為4000～400cm-1的DX-2000 傅里葉變換紅外光譜儀，測(cè)定其FTIR 圖譜。

1.4 GO 的分散

GO 直接摻入混凝土中易發(fā)生“團(tuán)聚”，產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象，所以需對(duì)GO 溶液進(jìn)行充分分散。將2.88g 聚羧酸減水劑、60mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的GO 漿料、370mL 去離子水加入燒杯(此溶液配合比為GO 摻量為0.06%時(shí)的溶液配合比，其他摻量組操作方法相同)，磁力加熱攪拌器調(diào)速1500 轉(zhuǎn)/min，攪拌10min，超聲波分散20min，得到GO-PCs 分散懸浮液。

透射電子顯微鏡分析(TEM)：試驗(yàn)選擇直徑3mm 微柵網(wǎng)，取適量相同配比的GO 和GO-PCs 液體試樣，靜置15min成樣后進(jìn)行觀測(cè)。

1.5 GO 再生混凝土氣體滲透試驗(yàn)

試驗(yàn)采用瑞士Torrent Permeability Tester 氣體滲透儀。其原理是通過(guò)在再生混凝土的表層創(chuàng)造真空環(huán)境，測(cè)試滲透前后的壓強(qiáng)差，根據(jù)達(dá)西滲透定律計(jì)算公式分析計(jì)算試件的氣體滲透系數(shù)：

式中：Q 為滲流量，m3/d；K 為氣體滲透系數(shù)，m/d；w 為斷面面積，m2；h 為水頭損失，m；L 為滲流途徑長(zhǎng)度，m。

2 結(jié)果與分析

2.1 GO 元素含量及基團(tuán)類(lèi)型

GO 的FTIR 圖譜顯示，3413.88cm-1處為-OH 的吸收峰，1618.09cm-1處為-C=O 的吸 收峰，1384.57cm-1、1094.49cm-1和782.12cm-1則均為環(huán)氧基C-O-C 的吸收峰。表明GO 樣品結(jié)構(gòu)中的含氧基團(tuán)主要為羥基、羰基和環(huán)氧基。

2.2 GO-PCs 分散液形態(tài)

TEM 透射電子顯微鏡下未分散的GO 與分散后的GOPCs 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果顯示，未分散的GO 在2～4μm“抱團(tuán)”現(xiàn)象明顯，呈團(tuán)聚狀，如同薄紗一樣鋪展在整個(gè)微柵上。超聲波處理后的GO-PCs 分散懸浮液，則呈“煙霧狀”，具有單層片狀的薄壁結(jié)構(gòu)，分散規(guī)則，片層上略顯褶皺。

2.3 GO 對(duì)再生混凝土氣體滲透性能的影響

再生混凝土試塊在7d、14d、28d 氣體滲透系數(shù)變化：7d 齡期時(shí)，RC0 的3 個(gè)試塊氣體滲透系數(shù)平均值為0.301，其他組試件隨著GO 的摻入氣體滲透系數(shù)逐漸降低，RC06 的氣體滲透系數(shù)為0.064，數(shù)值最小；當(dāng)GO 摻量為0.09%時(shí)，氣體滲透系數(shù)為0.192，大于RC03 組的平均值，略小于RC0組試塊的平均值。

隨著試塊齡期增加，水泥水化持續(xù)進(jìn)行，各組的試塊氣體滲透系數(shù)平均值都有不同程度的降低。在各個(gè)齡期內(nèi)，RC0 組滲透系數(shù)平均值均大于其他三組。RC0 組7～14d 段曲線最陡，數(shù)值變化明顯，說(shuō)明普通再生混凝土在7～14d 水化作用仍較為集中，水化產(chǎn)物變化大，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。RC06 組在各個(gè)齡期的滲透系數(shù)都是最小的，曲線平緩，數(shù)值變化幅度小。可見(jiàn)，GO 對(duì)再生混凝土的氣體滲透性能影響在水化前期最為明顯，且這種影響隨著齡期的增加效果逐漸趨于平穩(wěn)。在齡期為28d 時(shí)，各組試塊的氣體滲透系數(shù)較14d 齡期的數(shù)值變化都不大，說(shuō)明再生混凝土晶體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部孔隙在14d 基本趨于穩(wěn)定，是否加入GO 都對(duì)結(jié)果影響不大。這也說(shuō)明提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗氣體滲透性能改善混凝土的耐久性，應(yīng)重視14d 齡期內(nèi)的混凝土養(yǎng)護(hù)。

綜合上述，GO 的摻入降低了再生混凝土的氣體滲透系數(shù)，提高了再生混凝土的抗?jié)B透性能。當(dāng)摻入量為0.03%～0.09%時(shí)，再生混凝土的氣體滲透系數(shù)降低18%～62%。