碳纤维水泥基材料的机敏特性研究

水泥基材料是一种高电阻率的惰性材料,通过掺入一定体积含量(0.2 vol%~1.2 vol%)的短切碳纤维,可显著提高其电导率。本文作者研究了碳纤维水泥基材料表观电导特性与其内部微观结构的关系,探讨了电阻率的变化与材料所受外部荷载的关联性。结果表明碳纤维水泥基材料具有实时诊断内部损伤的机敏性:当水泥基材料内部裂纹产生或扩展时,表现为材料电阻率上升;而当水泥基材料内部裂纹闭合时,其电阻率下降。碳纤维水泥基材料的电阻变化与所受荷载呈良好的线形关系;而不含碳纤维的普通水泥基材料在整个受荷过程中,其电导特性则无明显变化。碳纤维水泥基材料电导特性的变化反映了水泥基材料内部损伤状况丰富的信息,根据这一特性可以及时预报水泥基材料内部潜在的损伤状况,有效地防止灾难性的破坏。     

碳基材料对水泥基材料性能的影响

水泥基复合材料凭借其原料丰富、价格低廉、生产工艺简单、强度高等优点,广泛应用于现代化工程建设.但是这种材料长久以来都有高脆性以及裂缝等一系列的问题.针对这些问题世界各国的研究人员都主要致力于改善水泥基材料的力学性能.但是在目前的情况下,现代建筑对水泥基材料提出了许多新的要求,不仅要有好的力学行为,还要具有尽可能多的附加功能.合适的功能填料的掺入不仅能够使得水泥基复合材料的力学性能和耐久性能得到提升,还能有效地调控水泥基材料的导电率、热导率等一系列其他功能.钢纤维、聚合物纤维和矿物纤维等是之前比较常见的功能掺料,这些材料依靠它们的强度和韧性可以用来改善材料的力学性能.但这些增强材料并不能在结构上改变水泥的水化产物,因此水泥基材料的高脆性及裂缝等问题依存在.而部分碳基材料在掺入到水泥基复合材料中以后可以对水泥基材料实现改性,不仅能从微观方面改变其结构,从而改善力学性能,还可以改善如导电性、导热性等性能.使水泥基复合材料能够尽可能地满足时代的要求.本文在近年来对多种不同的碳基材料掺杂水泥基复合材料研究的基础上,分别总结了不同碳基材料(碳纤维CF、碳黑CB、碳纳米管CNTs、石墨烯GR以及氧化石墨烯GO)对水泥基复合材料性能影响的基本原理,综述了近年来五种材料掺加在水泥基复合材料中的相关研究.此外,本文同时也对这些材料的复合掺入以及互相之间的改性掺入后的效果进行了简单总结,并且同时对水泥基复合材料的研究前景提出了一点看法.     

水泥基材料设计应用价值研究

目的研究水泥基材料对于设计领域的应用价值和发展前景。方法通过对水泥基材料形态的易塑性、质感的多样性、混合的兼容性、性能的耐久性、文化的特质性的分析,以及就材料科学与相关科技的发展对水泥基材料设计应用的影响。结论水泥基材料已经打破了传统意义上对于水泥基材料的感官认识和应用范畴,跨越建筑工程领域的应用局限。越多越多的设计师和艺术家已经开始将其材料应用于工业设计、室内设计、服装设计、造型艺术等领域。随着水泥基材料与设计领域联系的深入,将推动水泥基材料科学的快速发展和相关工艺技术的研发,也为水泥基材料在设计领域更为广泛和多样化应用提供了可能。     

国内外水泥及水泥基材料发展研究

当今世界水泥工业的发展是以节能、降耗、环保为中心,走可持续发展的道路.与此相适应,水泥及水泥基材料的研究也非常活跃,研究重点集中在生态水泥、先进水泥基材料、低能耗水泥和水泥的高性能化、工业及城市废弃物的资源化利用以及水泥制备及应用等方面,这些研究所取得的成就有力地推动了水泥材料科学与技术的发展.     

水泥基材料的环境协调性研究

作为最广泛使用的建筑材料,水泥基材料在其生产,使用以及废弃等整个生命周期内对生存环境具有重要的影响,从资源和能源消耗以及排放物等方面着重分析了水泥基材料对环境的影响;并分别采用单位水泥基材料的资源消耗,能源消耗以及C煤排放量与抗压强度比三个指标评价了水泥基材料的环境协调性。     

纳米二氧化硅影响水泥基材料流动性的研究综述

纳米二氧化硅比表面积大、粒径小等特点有助于其发挥火山灰活性、晶核效应和填充效应,能够促进水泥水化,有效改善水泥基材料内部结构。在所有改性水泥基材料的纳米材料中纳米二氧化硅应用最为广泛,已经成为许多研究者探究的热点,但还未见关于纳米二氧化硅影响水泥基材料流动性综述的报道。本文主要综述了粉体和溶胶两种纳米二氧化硅对水泥基材料流动性的影响、存在的问题及改性纳米二氧化硅对水泥基材料性能的影响,为今后进一步研究纳米二氧化硅改性水泥基材料提供依据。     

水泥基材料固化氯离子的研究现状与展望

水泥基材料对氯离子的固化不但影响氯离子的传输而且对钢筋混凝土结构的寿命预测具有重要意义.综述了目前研究水泥基材料固化氯离子的现状,包括固化能力的测试方法、水泥基材料自身组成的影响、环境因素的影响以及固化氯离子的机理.通过对目前国内外研究成果的总结和分析,展望了水泥基材料固化氯离子进一步研究的方向.     

连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性研究

修补和加固的在役混凝土结构需要有效的手段来监测和评定其安全状况。研究了连续碳纤维增强水泥基复合材料三点弯曲梁在不同加载方式下,其电阻与变形之间的变化规律,探究连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性。结果表明,连续碳纤维增强水泥基复合材料试样的应变-电阻敏感度高于电阻应变片,线性度、滞后性较好,蠕变小,稳定性较好。据此,可将连续碳纤维增强水泥基复合材料用来制作感知结构损伤的传感器,实现对大型土木结构的在线健康监测。如果将其用作修补材料,那么在修补加固破损结构的同时,还可利用其应变-电阻敏感性长期在线动态监测结构的损伤及修补质量。     

水泥基材料表面渗透防护材料技术研究进展

通过表面渗透防护增强是一种新的增强水泥基材料耐久性防护方式,提高表面抗水能力可提高水泥基材料表面抗水载有害离子侵蚀的能力,主要介绍了防护材料达到防护效果的基本性能要求,并分析了水性、膏状、乳液型、溶剂型4种防护材料的研究进展。     

聚合物改性水泥基材料研究进展

讨论了聚合物改性水泥基材料的历史、性能及改性机理。从力学性能及韧性、耐久性两方面说明了聚合物改性水泥基材料性能,从微观形貌、孔结构和聚合物与水泥基体的作用三方面详细讨论改性机理。最后,对聚合物改性水泥基材料的发展趋势进行了讨论。     

相变膨胀石墨/水泥复合材料的制备及其热电性能

热电水泥基复合材料可以将建筑物环境中的热能转化成电能,作为一种新型的能源转换途径,近年来受到了广泛关注和研究。热电水泥基复合材料在应用过程中存在最佳工作温度与环境温度不匹配的问题及热电转换效率过低,制约了热电水泥的应用。本文将熔融共混制备的膨胀石墨(EG)/石蜡(PW)相变复合材料掺入水泥基材料中,制备相变膨胀石墨/水泥复合材料。研究相变复合材料掺入量对水泥基材料热电性能的影响。相变复合材料含量的增加调节了水泥基复合材料最佳热电性能的温度区间。测试结果表明热电性能最大值对应的温度点由55℃调节至60℃和65℃,其对应的Seebeck系数分别为−24.65、−30.97和−30.90 μV/K,功率因数分别为1.39、1.57和1.67 μW·m⁻¹·K⁻²;热电优值(ZT)分别为5.53×10⁻⁵、6.50×10⁻⁵和7.07×10⁻⁵。相变复合材料在相变过程中吸收热量,降低了水泥基材料的升温速率,削弱了因温度升高导致载流子浓度增加引起Seebeck系数的下降,调节了水泥基材料功率因数峰值对应的温度区间,调控了热电水泥基复合材料的使用温度范围。本文为改善热电水泥基复合材料性能提供了新的途径和方法。     

1-3型水泥基压电复合材料传感器的性能

以 123型水泥基压电复合材料作为传感元件制备了水泥基压电复合材料传感器。研究了水泥基压电复合材料传感器的频率响应、 线性性能以及应用于混凝土后的传感性能。结果表明: 当加载频率小于 5 Hz时 , 所有载荷下传感器输出电压的幅值均增大 , 但当加载频率大于 5 Hz时 , 所有载荷下传感器输出电压的幅值几乎与输入载荷频率无关 ; 传感器的输出电压幅值和输入载荷幅值之间存在明显的线性关系。水泥基压电传感器在实际混凝土结构中具有良好的传感特性 , 其输出电压与复杂载荷、 随机载荷和脉冲载荷均呈现明显的一一对应关系 ,且与输入载荷基本同步 , 不存在滞后现象 , 试验输出电压值与理论输出电压值也非常吻合。该传感器非常适合于土木工程结构的健康监测。      

1-3型水泥基压电复合材料的制备及性能

采用切割-浇注法, 以硫铝酸盐水泥为基体, 制备了1-3型水泥基压电复合材料。详细阐述了1-3型水泥基压电复合材料的制备过程; 研究了0.375Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.375PbTiO₃-0.25PbZrO₃压电陶瓷柱的宽厚比w/t对1-3型水泥基压电复合材料的压电性能、 介电性能和声阻抗的影响。结果表明: 压电陶瓷柱的宽厚比w/t对1-3型水泥基压电复合材料性能有很大影响, 随着w/t的增加, 其压电应变常数d₃₃、 机电耦合系数K_p与K_t、 机械品质因数Q_m、 介电常数ε_r和介电损耗tanδ均随着w/t的增加而减小, 而压电电压常数g₃₃值几乎不受w/t的影响。在压电陶瓷体积分数仅为22.72%的条件下, 调节压电陶瓷柱的宽厚比w/t至0.130, 可使复合材料的声阻抗与混凝土的声阻抗十分接近, 从而有效地解决了智能材料在土木工程中的声阻抗相容性问题。      

聚合物改性水泥基材料性能和机理研究进展

论述了聚合物改性水泥基材料的性能和机理研究进展.性能研究进展方面主要从聚合物改性、聚合物和外加剂复合改性以及聚合物和其他填料复合改性水泥基材料3个方面进行了讨论.而聚合物改性机理则从聚合物改性水泥基材料的微观结构、聚合物对水泥水化的影响以及聚合物与无机胶凝相间的相互作用等方面进行了讨论.     

早强磷硅酸盐水泥的制备和性能

以MgO含量较低的镁砂和粉煤灰为主要原料,制备了磷硅酸盐胶凝水泥（MPSC）,研究力学性能．结果表明,磷硅酸盐水泥凝结快,早期强度高．掺入30％-50％的粉煤灰可明显地提高MPSC的早期和长期抗压强度,其中以粉煤灰掺量为40％效果最好．使用MgO含量较高而且颗粒较细的镁砂,制备出的水泥具有较高的强度．水泥石的水化产物以无定形为主,伴以少量的六水水化磷酸镁钾晶体．硬化水泥石中有许多未水化的镁砂,可作微集料．粉煤灰填充了反应物之间的空隙,使基体的密实度提高;粉煤灰参与水化反应提高了材料的胶凝性能．     

纸基摩擦材料的研究现状

简要评述了纸基摩擦材料组成、工艺和性能的研究进展.重点阐述了纸基摩擦材料的增强纤维、粘结剂树脂、摩擦性能调节剂和填料的研究现状,介绍了纸基摩擦材料多次漫渍、双层结构和孔隙控制制备技术,以及纸基摩擦材料的物理力学性能、摩擦磨损性能的研究方法.提出了纸基摩擦材料多元组合改性、性能协同研究、交互规律认识的热点课题.     

碳纤维增强水泥基复合材料界面优化设计研究进展

碳纤维增强水泥基复合材料(Carbon fiber reinforced cement composite,CFRCC)以其高强度质量比、耐腐蚀性和耐久性而通常用于建筑、基础设施和土木工程等领域。对CFRCC而言,界面是联系基体与增强相的桥梁,界面性能、结构直接关系到复合材料粘结强度,从而直接影响到复合材料的各项宏观性能。然而,碳纤维的疏水性及其与水性悬浮液之间不充分的结合行为,限制了碳纤维在水泥和其他矿物建筑材料中的应用。为了解决这一问题,学者们研究了物理和化学改性方法,以加强从矿物基质到碳纤维的负载转移。本文介绍了碳纤维、CFRCC及CFRCC界面的性能及存在的问题。总结了近些年国内外学者对CFRCC及其界面改性方法,例如氧化、电泳沉积、等离子体和接枝处理等表面改性方法,并讨论了相关机制分析。还介绍了碳纤维本身的特性及其与水泥基质的结合行为的表征方法。