Fundamental physical properties of graphene reinforced concrete

石墨烯增强混凝土的基本物理性能

基本信息

  • 批准号:
    1939085
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2015 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The increasing global population and the alerting global climate change demand novel and disruptive advancements of the construction industry. Manufacturing of concrete and cement, the most widely used construction materials, accounts for more than 10% of global carbon emissions and this number continues to grow each year. The research questions that this PhD project is addressing is the development of a novel method of nano-engineering traditional concrete with atomically thin materials such as graphene. The objectives of the project are: 1) to investigate if graphene introduces any changes to the chemical reactions, responsible for the fundamental mechanical properties of concrete; 2) to characterise any changes in the strength, durability, water impermeability and heat transfer of the structural material upon adding graphene to it. The novel engineering approach taken to answer these questions is by adding graphene to the concrete composition by substituting water via uniform dispersion in liquid. To this end, first a novel method of liquid exfoliation of graphene is developed and the resulting water suspensions fully characterised using Raman spectroscopy. Then, concrete samples are prepared according to British standards for construction and tested for various properties such as compressive and flexural strength, cyclic loading, water impermeability and heat transport. A separate in-depth study is carried out to understand the formation and propagation of micro-structural cracks between the concrete's internal matrix planes, and graphene's impact on total fracture capacity and resistance of concrete. Lastly, multiple experiments are performed to investigate the microcrystallinity of cement hydration products using X-ray diffraction.
不断增长的全球人口和令人警惕的全球气候变化要求建筑行业实现新颖和颠覆性的进步。混凝土和水泥是使用最广泛的建筑材料,其制造过程所产生的碳排放量占全球碳排放量的 10% 以上,并且这一数字每年都在持续增长。该博士项目正在解决的研究问题是开发一种使用石墨烯等原子薄材料对传统混凝土进行纳米工程的新方法。该项目的目标是:1)研究石墨烯是否会对影响混凝土基本机械性能的化学反应产生任何变化; 2) 表征添加石墨烯后结构材料的强度、耐久性、不透水性和传热性的任何变化。回答这些问题所采用的新颖工程方法是通过在液体中均匀分散来代替水,将石墨烯添加到混凝土组合物中。为此,首先开发了一种石墨烯液体剥离的新方法,并使用拉曼光谱对所得水悬浮液进行了充分表征。然后,根据英国建筑标准制备混凝土样品,并测试各种性能,例如抗压强度和抗弯强度、循环荷载、不透水性和热传输。进行了单独的深入研究,以了解混凝土内部基体平面之间微结构裂缝的形成和扩展,以及石墨烯对混凝土总断裂能力和阻力的影响。最后,进行了多项实验,利用 X 射线衍射研究水泥水化产物的微晶性。

项目成果

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