氧化石墨烯对再生混凝土气体渗透性能的影响

佟建楠

（唐山学院，河北 唐山 063000）

1 试验

1.1 试验材料

水泥采用P·O.42.5 普通硅酸盐水泥。粗骨料采用的废弃混凝土为废弃的C40 混凝土墙、梁构件，经人工破碎处理得到粒径为5～26.5mm 的再生混凝土粗骨料。细骨料采用天然河砂，经测定其表观密度为2682kg/m3，含泥量2.7%，细度模数为2.57，为中砂。试验用水采用去离子水，减水剂为聚羧酸高效减水剂粉末，减水率为25%～40%.GO 采用改进的Hummers 法制备的工业氧化石墨烯浆料，质量分数为1%。

1.2 试验设计

混凝土配合比按照《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ/55—2011) 设计，再生混凝土设计强度等级为C40。试验主要考虑GO 对再生混凝土性能的影响，故再生粗骨料取代率均为100%。

试验试件共计4 组，每组3 个试块，共12 块.试块尺寸均为100mm×100mm×400mm。按照GO 掺量为水泥质量的0、0.03%、0.06%及0.09%，将试件组编号为RC0、RC03、RC06和RC09。养护时间为7d、14d、28d。

1.3 GO 的测试与表征

本次试验对GO 进行了准确表征，分析其元素含量和含氧基团的组成与分布，保证试验的精确性与可重复性。X 射线能谱分析 (EDS)：对GO 的元素进行分析，将改进Hummers 法制备的工业GO 浆料置于干燥烘干箱烘干2h，温度控制在60℃；样品取出，在玛瑙研钵中研磨成粉末状固体，用X 射线能谱仪对选定区域进行元素分析。

红外光谱测定(FTIR)：对GO 的含氧官能团进行分析，采用KBr 压片法，取研细的GO 样品与KBr 粉末以1∶100 比例配制成1g 粉末状固体，在玛瑙研钵中仔细研磨，烘干箱干燥2h，装入模具高压下成膜.用分辨率为1.5cm-1、光谱范围为4000～400cm-1的DX-2000 傅里叶变换红外光谱仪，测定其FTIR 图谱。

1.4 GO 的分散

GO 直接掺入混凝土中易发生“团聚”，产生絮凝现象，所以需对GO 溶液进行充分分散。将2.88g 聚羧酸减水剂、60mL 质量分数1%的GO 浆料、370mL 去离子水加入烧杯(此溶液配合比为GO 掺量为0.06%时的溶液配合比，其他掺量组操作方法相同)，磁力加热搅拌器调速1500 转/min，搅拌10min，超声波分散20min，得到GO-PCs 分散悬浮液。

透射电子显微镜分析(TEM)：试验选择直径3mm 微栅网，取适量相同配比的GO 和GO-PCs 液体试样，静置15min成样后进行观测。

1.5 GO 再生混凝土气体渗透试验

试验采用瑞士Torrent Permeability Tester 气体渗透仪。其原理是通过在再生混凝土的表层创造真空环境，测试渗透前后的压强差，根据达西渗透定律计算公式分析计算试件的气体渗透系数：

式中：Q 为渗流量，m3/d；K 为气体渗透系数，m/d；w 为断面面积，m2；h 为水头损失，m；L 为渗流途径长度，m。

2 结果与分析

2.1 GO 元素含量及基团类型

GO 的FTIR 图谱显示，3413.88cm-1处为-OH 的吸收峰，1618.09cm-1处为-C=O 的吸 收峰，1384.57cm-1、1094.49cm-1和782.12cm-1则均为环氧基C-O-C 的吸收峰。表明GO 样品结构中的含氧基团主要为羟基、羰基和环氧基。

2.2 GO-PCs 分散液形态

TEM 透射电子显微镜下未分散的GO 与分散后的GOPCs 对比试验结果显示，未分散的GO 在2～4μm“抱团”现象明显，呈团聚状，如同薄纱一样铺展在整个微栅上。超声波处理后的GO-PCs 分散悬浮液，则呈“烟雾状”，具有单层片状的薄壁结构，分散规则，片层上略显褶皱。

2.3 GO 对再生混凝土气体渗透性能的影响

再生混凝土试块在7d、14d、28d 气体渗透系数变化：7d 龄期时，RC0 的3 个试块气体渗透系数平均值为0.301，其他组试件随着GO 的掺入气体渗透系数逐渐降低，RC06 的气体渗透系数为0.064，数值最小；当GO 掺量为0.09%时，气体渗透系数为0.192，大于RC03 组的平均值，略小于RC0组试块的平均值。

随着试块龄期增加，水泥水化持续进行，各组的试块气体渗透系数平均值都有不同程度的降低。在各个龄期内，RC0 组渗透系数平均值均大于其他三组。RC0 组7～14d 段曲线最陡，数值变化明显，说明普通再生混凝土在7～14d 水化作用仍较为集中，水化产物变化大，内部孔隙结构不稳定。RC06 组在各个龄期的渗透系数都是最小的，曲线平缓，数值变化幅度小。可见，GO 对再生混凝土的气体渗透性能影响在水化前期最为明显，且这种影响随着龄期的增加效果逐渐趋于平稳。在龄期为28d 时，各组试块的气体渗透系数较14d 龄期的数值变化都不大，说明再生混凝土晶体结构和内部孔隙在14d 基本趋于稳定，是否加入GO 都对结果影响不大。这也说明提高混凝土结构的抗气体渗透性能改善混凝土的耐久性，应重视14d 龄期内的混凝土养护。

综合上述，GO 的掺入降低了再生混凝土的气体渗透系数，提高了再生混凝土的抗渗透性能。当掺入量为0.03%～0.09%时，再生混凝土的气体渗透系数降低18%～62%。