岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (2): 607-626.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0145CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0145
张波波1, 2,马芹永1, 2
ZHANG Bo-bo1, 2, MA Qin-yong1, 2
摘要:
未来月球基地建设倡导全部利用月球物质资源的模式进行月面建造。将月面纳米级材料氧化石墨烯(graphene oxide,简称GO)和纳米SiO2(nano-SiO2,简称NS)以球磨分散和超声分散方式添加到模拟月壤地聚合物中制备模拟月壤地聚合物纳米复合材料(lunar regolith simulant geopolymer nanocomposites,简称LRSGN),研究其在月球高温养护环境下的力学性能,通过数字图像相关(digital image correlation,简称DIC)技术分析表面裂纹变形和应变演化分布特征,利用X射线衍射仪(X-ray diffraction,简称XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer,简称FTIR)、压汞法(mercury intrusion porosimetry,简称MIP)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)表征微观结构演化。试验结果表明:掺入GO和NS显著提高LRSGN的力学性能,其最佳掺量分别为0.08%和1%;将GO和NS以超声分散方式掺入模拟月壤中,与对照组相比,试样28 d抗压强度的最大值增加了93%、145%,劈裂抗拉强度的最大值增加了123%、219%,抗折强度的最大值增加了64%、144%,其力学性能的增强效果远优于球磨分散方式;适量掺入GO和NS也会延缓LRSGN局部应变集中带的形成,最大主应变均在试样表面裂缝处,并以局部应变集中带的形式出现。微观结构结果表明:GO和NS具有成核效应、填充效应、尺寸效应和架桥效应,促进了体系中地聚合反应,改善了内部原有孔隙特征,从而提高了试样力学性能;但随着GO和NS掺量不断增加,纳米材料会发生团聚效应,不利于LRSGN强度发展。研究结果为月基工程材料选择与结构设计提供重要的理论依据和试验参考。
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