纤维增强碱激发水泥基材料的研究进展

碱激发水泥力学性能优异,化学耐久性强,是新型胶凝材料。本文综合评述了国内外关于纤维增强碱激发水泥基材料的研究进展,总结了各种纤维对碱激发水泥基材料性能的影响,重点介绍了钢纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维对碱激发水泥基材料的力学性能、收缩开裂及耐久性的影响,并提出了当前纤维增强碱激发水泥基材料研究中存在的问题和今后的研究方向。     

玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的耐久性研究

确定了玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的最优配合比,将玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料与普通C40混凝土在相同条件下进行耐久性对比实验。结果表明,玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料在300次冻融循环后,质量损失不到1.5%,而在不到150次冻融循环中,普通C40混凝土的质量损失已接近5%;混杂纤维水泥基材料28和56 d的渗透系数为普通C40混凝土的53%和26%,混杂纤维水泥基材料具有较强的抗渗透能力,抗渗性随着龄期增长逐渐增强;碳化时间<28 d时,混杂纤维水泥基材料的碳化深度大于普通C40混凝土,但碳化时间56 d时,混杂纤维水泥基材料的碳化深度为普通C40混凝土的90%;混杂纤维水泥基材料28和56 d的电通量分别为普通C40混凝土的65%和49%,混杂纤维水泥基材料的抗氯离子性能明显高于普通C40混凝土。玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的各项耐久性指标均优于普通C40混凝土。     

偶联剂改性玄武岩纤维增强水泥基复合材料力学性能

为改善玄武岩纤维(BF)与水泥基材料的界面结合作用,分别采用质量分数为0.4%、0.8%和1.2%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(CG550)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(CG570)和乙烯基三乙氧基硅烷(Z6518)的三种硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行表面处理,研究改性后纤维及其增强混凝土的力学性能影响规律。实验结果表明,随着CG550溶液浓度增加,改性玄武岩纤维及其水泥基复合材料力学性能整体呈上升趋势,当CG550溶液浓度为1.2%时,纤维及其增强水泥基材料有最佳的力学性能;随着CG570溶液浓度增加,改性后玄武岩纤维的断裂强度先升高后降低,断裂伸长率基本不变,纤维断裂强度最高提升5.8%,其水泥基复合材料的力学性能随溶液浓度增加呈上升趋势,抗折强度最高提升24.4%,抗压强度最高提升7.3%;随着Z6518溶液浓度上升,改性后玄武岩纤维的断裂强度逐渐降低,但断裂伸长率逐渐增高,表现出较好的延性;其水泥基复合材料力学性能随浓度变化无明显改善。综合考虑实验结果,三种硅烷偶联剂对纤维的改性效果好坏依次为CG570、CG550、Z6518。     

表面处理玄武岩纤维增强水泥基复合材料力学性能

为提高玄武岩纤维(BF)与水泥基体的界面结合力和桥接作用,分别采用HCl溶液(0~2.0mol/L)和NaOH溶液(0~2.0mol/L)对BF表面进行刻蚀糙化处理,研究纤维表面处理对BF增强水泥基复合材料的力学性能影响规律。结果表明:随着HCl溶液浓度增加,BF/水泥复合材料抗折强度与弯曲强度均先增加后降低,挠度呈现缓慢增加趋势,而抗压强度变化幅度较小;当HCl溶液浓度为1mol/L时,BF/水泥复合材料的强度与韧性最佳;碱处理BF后,BF/水泥复合材料的力学性能随NaOH浓度增加而显著降低,且复合材料韧性无明显改善;BF经HCl溶液腐蚀后的质量保留率变化规律与NaOH溶液腐蚀后的变化规律接近,而经HCl溶液腐蚀后BF强度保留率大于NaOH溶液腐蚀后的BF强度保留率。     

纳米颗粒对水泥基材料性能影响的研究进展

纳米材料在水泥基材料中的研究和应用还处于初级阶段,但已成为改善水泥基材料性能的一个重要方向。简要介绍了纳米颗粒对水泥基材料的工作性、力学性能、耐久性能的影响,以及纳米材料赋予水泥基材料的新功能,并探讨了纳米颗粒改善水泥基材料结构与性能的机理。     

石墨烯及其衍生物复掺纤维水泥基复合材料研究进展

石墨烯(G)/氧化石墨烯(GO)以其优异的力学、导电以及导热性能在改善水泥基材料力学以及功能性等方面表现出良好的应用前景。然而,这些纳米材料在水泥基材料中难以分散,限制了它们在水泥基复合材料中的实际应用。近些年来,研究者们开始将纤维同这些纳米材料复掺到水泥基材料中,其分散性能得到了很大的提升。从材料在水泥基中分散问题、水泥水化过程、力学性能、功能性、耐久性能等5个方面系统地阐述了石墨烯及氧化石墨烯和其他纤维混杂对于水泥基复合材料的影响,对今后水泥基复合材料性能的提升具有指导作用。     

超高强水泥基材料的力学及耐久性能

超高强水泥基材料作为一种高性能建筑材料,在建筑工程领域已得到了广泛的关注和应用。简要介绍了超高强水泥基材料的发展历史、制备的基本途径和性能实现的基本原理,并且对近年来国内外学者关于超高强水泥基材料力学性能和耐久性能的研究进展进行了综述。综述内容包括:超高强水泥基材料的抗压强度、抗折强度、弹性模量、泊松比、应力应变曲线,以及超高强水泥基材料的抗渗、抗冻性能和碱骨料反应风险。在对已有文献的综述基础上,简要分析了纤维及养护制度对超高强水泥基材料性能的影响,并提出了超高强水泥基材料工程化的关键措施。     

纳米微晶纤维素应用于水泥基材料研究综述

由于纳米微晶纤维素(nanocrystalline cellulose,NCC)具有高模量、极高长径比和大比表面积等特性,近几年来NCC在水泥基材料中的应用成为了研究前沿和热点。虽然NCC在水泥基材料中的应用研究还处于初级阶段,但却为改善水泥基材料性能提供了一个新的研究方向。本文综述了近几年国内外对NCC在水泥基材料中的应用研究,主要介绍了NCC在水泥基材料中的存在形式,及其对水泥基材料的流变性、水化、力学性能和耐久性的影响。最后,分析了NCC在研究中存在的问题,并对NCC今后的研究方向给出了可行性建议。     

苎麻纤维水泥基材料的力学性能与自收缩试验研究

通过在水泥基材料中掺入苎麻纤维,并对比掺入钢纤维和聚丙烯纤维,研究苎麻纤维对水泥基材料抗压强度、抗折强度、自收缩及电阻率的影响。结果表明,当苎麻纤维掺量分别为0.4%,0.9%时,水泥基材料7 d自收缩降低13.4%,30.8%,28 d抗压强度分别提高2.2%和8.2%,抗折强度则提高9.6%,13.4%;钢纤维与聚丙烯纤维显著提高了水泥基材料7与28 d的抗压和抗折强度,而苎麻纤维更有利于水泥基材料早期自收缩的降低;随着苎麻纤维掺量的增加,水泥基材料的7 d自收缩与3 d电阻率显著减小,二者呈线性相关。     

玄武岩纤维对汽车摩擦材料性能的影响

在一种成熟的配方基础上,采用热压法制备玄武岩纤维增强摩擦材料,研究了汽车摩擦材料中玄武岩纤维含量(质量分数,%)对摩擦材料物理性能、力学性能、摩擦磨损性能及制动噪音的影响。结果表明:随着玄武岩纤维含量增加,摩擦材料的气孔率和洛氏硬度增加,密度和压缩变形量降低,内剪切强度先增加后降低;名义摩擦系数与最低摩擦系数随玄武岩纤维含量的增加而提高;添加适量的玄武岩纤维有利于降低磨损和抑制制动噪音的产生,随其含量增加,磨损量和噪音发生概率先降低而后增加;玄武岩纤维含量在12%时,内剪切强度最高,磨损量最小,噪音表现最佳。     

玄武岩纤维对混凝土梁抗裂性能的影响

为研究玄武岩纤维对混凝土梁抗裂性能的影响,以纤维长度及纤维体积掺率为变化参数,对纤维长度分别为12mm和30mm,纤维体积掺率分别为0.1%和0.2%的4根纤维混凝土梁和1根对比梁进行静载试验,试验中对纤维混凝土梁开裂荷载、裂缝宽度以及挠度进行监测。结果表明:与普通钢筋混凝土梁对比,玄武岩纤维混凝土梁的开裂荷载显著增大,且裂缝宽度发展更为缓慢,相同荷载作用下的裂缝宽度和跨中挠度显著减小,其主要原因是玄武岩纤维改善了混凝土梁的抗裂和阻裂性能,提高了梁的整体刚度。     

碳纤维水泥基复合材料Seebeck效应研究现状

具有显著Seebeck效应的碳纤维水泥基复合材料(Carbon fiber reinforced cement-based composites,简写为CFRC)近年来受到广泛关注。综述了CFRC的导电机理、Seebeck效应强化途径及其工程应用前景。CFRC的载流子类型主要包括离子、电子和空穴,并以空穴为主。碳纤维/碳纳米管掺杂,CFRC的Seebeck系数可提高至约30μV/℃;钢纤维掺杂水泥基材料表现为n型半导体,其Seebeck可达68μV/℃;金属氧化物Bi_2O_3掺杂可将CFRC的Seebeck系数稳步提高到100.28μV/℃,而ZnO和Fe_2O_3掺杂可使CFRC的Seebeck系数分别增大到3 300μV/℃和2 500μV/℃。这些研究有效地促进了CFRC在城市室外热量的转换收集、工业余热能量收集和长寿命结构健康监测传感器等领域的研究与发展。     

玄武岩纤维复合材料蠕变性能研究

树脂基基复合材料具有粘弹性,长期在外力作用下会发生蠕变现象,导致复合材料的刚度和强度都发生衰退,致使复合材料结构失去继续承载的能力。本文对连续玄武岩纤维(Continuous Basalt Fiber简称CBF)增强树脂基复合材料在不同应力水平下的长期力学行为进行研究,初步探讨了CBF复合材料的蠕变性能。     

碳纳米管分散技术及碳纳米管-水泥基复合材料研究进展

应用碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)对水泥基材料进行改性,能大幅度提高水泥基材料的抗折强度。综述了碳纳米管复合材料的国内外研究进展,主要探讨碳纳米管的分散技术,分析碳纳米管对水泥基材料性能的提高以及最佳掺入量,简要介绍了碳纳米管定向排列的研究进展。还指出了当前研究中存在的问题,并就今后的研究前景提出了一些建议。     

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。     

玄武岩纤维表面生长碳纳米管及其复合材料性能的研究

针对玄武岩纤维(CBF)表面光滑且惰性,在与树脂基体复合制备复合材料时二者结合能力较低的问题,采用化学镀镍在玄武岩纤维表面均匀加载镍催化剂,借助化学气相沉积(CVD)生长碳纳米管(CNTs)。用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)等方法对生长的CNTs进行表征,并测试复合材料的界面剪切强度。结果表明化学镀镍工艺能在CBF表面均匀加载镍催化剂,有利于CVD生长CNTs。工艺最佳条件为施镀时间15min、500℃下生长10min,此条件下生长的CNTs整齐排列在CBF表面,结晶性较好且呈中空管状。采用生长了CNTs的CBF制备复合材料的界面强度提高了10%。     

织布形状对玄武岩纤维布/不饱和聚酯树脂复合材料力学性能的影响

对玄武岩纤维布增强不饱和聚酯复合材料的基本力学性能进行了初步研究,针对纤维织布方式不同,制备了3种不同的复合板,即平纹复合板、斜纹复合板和平纹/斜纹复合板。结果表明,在相同层数17层和19层的条件下,斜纹复合板的拉伸、弯曲和无缺口冲击强度明显高于平纹和平纹/斜纹复合板。平纹/斜纹复合板强度较差,分散性大,而平纹复合板分散性小,物理力学性能稳定。