氧化石墨烯沙漠砂水泥基复合材料力学性能研究

通过正交试验,分析了氧化石墨烯(GO)掺量、沙漠砂替代率、水灰比和胶砂比对GO-沙漠砂水泥基复合材料28 d的抗压强度、抗折强度和稠度值的影响趋势.在正交试验基础上,进一步揭示沙漠砂替代率和GO掺量对复合材料7d、28 d抗压强度和抗折强度的影响规律.试验研究表明:随着GO掺量的增加,水泥基复合材料抗折和抗压强度先提高后降低,且对于抗压强度增强效果略超过抗折强度.当GO掺量为0.03wt％时,GO-沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度达到最大值;随着沙漠砂替代率增加,GO-沙漠砂砂浆试块抗折和抗压强度呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为50％时,氧化石墨烯沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度均达到最大值;但沙漠砂替代率为100％时,掺量为0.03wt％的GO-全沙漠沙水泥基材料强度提升最高,且28 d抗压、抗折强度可达标准砂试块强度.通过SEM对GO增强沙漠砂水泥基复合材料微观结构进行表征,发现GO能够优化水泥水化产物的微观结构形态,并且与沙漠砂活性材料产生正相关作用,从而形成更加致密均匀的结构改善沙漠砂水泥基复合材料的宏观性能.     

表面亲水改性氧化石墨烯/钼尾矿复合水泥材料制备

尾矿严重影响周围生态环境,利用尾矿制备水泥材料是一种绿色清洁的方法。然而,利用尾矿制备的水泥基复合材料,普遍力学性能较差。本论文旨在制备表面亲水改性氧化石墨烯,引入水泥基体改善其力学性能,研究其对水泥水化产物微观结构的影响。研究结果表明加入氧化石墨烯能够有效改善水泥材料的力学性能,加入0.05%氧化石墨烯,养护28d,抗折强度增大40%,抗压强度增加36%。这是因为氧化石墨烯对于水泥水化产物的形成具有模板效应和诱导效应,形成这种密实堆积的结构有利于改善水泥强度。     

竹复合氯氧镁水泥制备与改性机理研究

为探索竹复合氯氧镁水泥制备工艺,制备出可用于装配式建筑的绿色生物质建材,通过实验探究物料配比对复合材料力学性能的影响,并对竹材进行改性处理增强复合材料界面结合强度,得到性能优良的氯氧镁水泥基复合材料.通过扫描电镜观察试件拉伸断面形貌,从微观角度分析复合材料界面结合机理.结果 表明:(1)当竹丝掺量超过1％时,竹丝复合氯氧镁水泥的抗折强度与竹掺量正相关.当掺量达到12.5％,复合材料抗折强度为34.12MPa,是未复合试件的292.1％.(2)不同改性剂对竹复合氯氧镁水泥的抗折强度增强效果排序为:碱液＞未改性＞复合改性＞偶联剂.(3)得到一种制备高强度竹复合氯氧镁水泥原料配比:MgO∶ MgCl2∶H2O(摩尔比)=4.7∶ 1∶14,粉煤灰掺量10％,5％ NaOH改性竹丝掺量12.5％,制得竹复合氯氧镁水泥抗折强度达到40.86 MPa,是未改性材料的123.7％,是未复合材料的349.8％,抗压强度与未复合材料基本一致,达到相关标准的使用要求.     

钛石膏的改性处理和力学性能研究

采用破碎、干燥、粉磨、煅烧和陈化等处理工艺对钛石膏进行物理改性,研究了煅烧温度对钛石膏力学性能的影响,通过掺加硫酸钠、生石灰和硅酸盐水泥等外加剂对钛石膏进行化学改性,确定了外加剂掺加量的最佳配比,并对改性机理进行了探讨.结果表明,钛石膏经180 ℃煅烧3 h,掺加0.5%硫酸钠、3%生石灰和5%硅酸盐水泥,制得的试样力学性能可以达到:2 h抗折强度2.6 MPa、抗压强度3.2 MPa,绝干抗折强度4.58 MPa、抗压强度5.2 MPa.经改性后钛石膏试样的强度指标可以达到建筑石膏国家标准中1.6等级的要求.     

基于建筑施工造价管理的碳纤维复合材料开发与应用

基于建筑施工造价管理需要对建筑工程用碳纤维进行了表面改性处理,研究了碳纤维掺量和碳纤维长短对复合材料抗压强度和抗折强度的影响。结果表明,碳纤维与 SiO₂涂层改性碳纤维掺量对水泥基复合材料强度的影响趋势相同,即水泥基复合材料的抗折强度随着碳纤维掺量或者碳纤维长度增加逐渐增大,而抗压强度随碳纤维掺量增加先增大后减小,在碳纤维或 SiO₂涂层改性碳纤维掺量达到 0.6% 时取得抗压强度最大值。相同纤维掺量和相同纤维长度前提下,SiO₂涂层改性碳纤维对水泥基复合材料的改善效果优于未改性的碳纤维。涂层改性碳纤维和碳纤维增强水泥基复合材料的破坏机制都为纤维拔出破坏和断裂破坏,但是 SiO₂涂层改性碳纤维与基体的粘合力更强而造成拔出破坏更为显著。     

钢渣水泥抹面砂浆性能研究

本文研究了钢渣、矿渣、石膏和粉煤灰对钢渣水泥抹面砂浆性能的影响。结果表明:钢渣水泥复合材料抗压强度和抗折强度随着钢渣掺量的增加而呈减小的趋势;矿渣(20%)复配改性钢渣水泥复合材料,28d最佳抗压强度和抗折强度(49.2MPa和6.8MPa)分别较未掺矿渣的提高了3.3%和16.2%;当脱硫石膏掺量在3%时,可提高钢渣-水泥-矿渣力学性能;当增塑剂掺量控制在0.4%,水泥抹灰砂浆施工性能较好,砂率在1:4时,钢渣水泥抹灰砂浆28d抗压强度可达到13.5MPa(满足M10等级要求),当砂率为1:5时,钢渣水泥抹灰砂浆28d抗压强度可达到7.5MPa(满足M5等级要求)。     

石墨掺杂装配式结构水泥基复合材料的制备与性能研究

以石墨为掺料、水泥砂浆为基体材料制备了石墨掺杂装配式结构水泥基复合材料,考察了石墨掺量和石墨掺入方式对复合材料抗折强度、抗压强度和导热性能的影响.结果表明,无论是普通搅拌工艺试块还是超高速搅拌工艺试块,随着石墨掺量从0％增加至12％,试块的7 d抗折强度都呈现逐渐减小的趋势,试块的28 d抗折强度都呈现先增加后减小的特征;随着石墨掺量的增加,试块的7 d和28 d抗压强度都呈现逐渐减小的趋势.无论是普通搅拌工艺试块还是超高速搅拌工艺试块,随着石墨掺量从0％增加至12％,试块的28 d导热系数都呈现逐渐升高的趋势;石墨掺量为7％的石墨掺杂水泥基复合材料具有最佳的抗折强度、抗压强度与导热系数组合.     

玄武岩纤维水泥基灌浆料力学性能研究

本文通过在硅酸盐水泥基灌浆料中掺入不同长度及掺量的短切玄武岩纤维,研究其对灌浆料力学性能的影响。试验结果表明:短切玄武岩纤维的掺入,灌浆料的流动度从336 mm降至260 mm,但灌浆料各龄期的抗折强度及抗压强度均得到了提升,早期抗折强度提升最为明显。短切玄武岩纤维在水泥基灌浆料中的最佳掺量为0.15%,最佳长度为9mm,抗折强度和抗压强度分别可以达到17.6 MPa和85.4 MPa。     

纳米SiO2对水泥混凝土力学性能影响研究

为了给水泥混凝土路面推荐性能较优纳米SiO2改性材料,本文以抗压强度和抗折强度为评价指标。对比研究了试件不同养护龄期和不同纳米SiO2掺量,对水泥混凝土的改性效果。结果表明:纳米SiO2材料掺量为1.5%时,其抗压性能和抗折性能能够达到较为理想的效果;当纳米SiO2材料添加过多时,对其试件的抗压和抗折性能影响均开始减小;纳米SiO2对提高试件的初期抗压强度效果较为明显,对后期强度提升效果不明显。     

基于氧化石墨烯材料的结构力学性能研究

为解决公路建设中道路材料抗开裂性及耐久性较差的问题，向其中掺入一定量的氧化石墨烯，可以在一定程度上增强道路材料的力学性能。本文主要研究掺加氧化石墨烯路面材料的抗压强度，内容包括原材料的性能分析和成型试块试验。结果表明：随着氧化石墨烯掺量的增加，抗压强度逐渐增大，当氧化石墨烯掺量为0.06%时，改性路面材料的力学性能最佳。从养护龄期对试件的强度影响分析发现，随着养护龄期的增长，试件强度增长率逐渐降低。     

高分散石墨烯改性水泥基材料力学性能的研究

通过改性Hummers法制备出高分散性的石墨烯,并以不同的比例掺入到水泥基复合材料中进行力学试验研究。结果表明,掺入一定量的石墨烯能够有效地提高水泥基复合材料的抗折、抗压强度,当石墨烯掺量为0.03wt%时,28d龄期抗折、抗压达到最大值,分别为9.6MPa和62.8MPa,比普通空白样提高了10.3%和18.9%。分析水泥石的SEM、FT-IR及XRD等微观结果发现,石墨烯在水泥水化过程中,通过调控水化晶体的生长形态和聚集状态,改善了硬化水泥石内部微观孔隙分布,使材料密实度增加,从而提高其强度。     

桥梁工程用混杂纤维混凝土力学性能研究

为了改善桥梁工程施工用混凝土的力学性能,并降低混凝土的综合使用成本,提出了以聚乙烯醇纤维和钢纤维作为混杂纤维掺入混凝土的思路,并考察了单一纤维和混杂纤维对混凝土抗压强度、抗折强度和抗拉强度的影响。试验结果表明,单一聚乙烯醇纤维或者钢纤维的掺入均能有效提高混凝土试件的力学性能,并且随着纤维掺量的不断增大,抗压强度和抗折强度均先升高后降低,存在一个最佳的纤维掺量使抗压强度和抗折强度达到最大,而抗拉强度则逐渐升高。当钢纤维的质量分数为1.0%时,改变聚乙烯醇纤维的掺量,混凝土试件的力学性能会发生变化,当聚乙烯醇纤维的质量分数同样达到1.0%时,混杂纤维对混凝土抗压强度、抗折强度和抗拉强度的提升效果较好。研究结果表明,混杂纤维的掺入能够有效改善桥梁工程用混凝土的力学性能,建议在施工过程中不断优化混杂纤维的掺量。     

不同激发剂对钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料力学性能影响的研究

通过往钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料中掺加不同掺量的减水剂、硫酸钠和水泥,研究不同激发剂不同掺量对其力学性能的影响及影响机理,并确定各激发剂的不同掺量,以达到提高力学性能的目的。分析研究表明,当减水剂掺量为0.8%时钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料力学强度最大,其28d抗折、抗压强度分别为1.48MPa和5.75MPa;当硫酸钠掺量为0.8%时钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料力学强度最大,其28d抗折、抗压强度分别为2.54MPa和9.61MPa;当水泥掺量为10%时力学性能较好,其28d抗折、抗压强度分别为,6.31MPa和18.75MPa。     

短碳纤维的分散性与CFRC复合材料的力学性能

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)是新发展起来的一种功能材料,制备CFRC复合材料过程中,碳纤维在水泥基体中的分散性直接影响CFRC复合材料的力学性能。借助超声波和分散剂羟乙基纤维素(HEC),实现了短碳纤维在水泥基体中的均匀分散。对所制备的CFRC复合材料的断口形貌,作了SEM观察和能谱分析;测试了试件的抗压强度和抗折强度。结果发现,水灰质量比为0.44,碳纤维均匀分散,其质量掺量为0.6%时,复合材料的抗压强度可提高20%,抗折强度提高129%。     

不同直径碳纳米管对水泥基试样力学性能的影响

为了研究不同掺量以及不同直径多壁碳纳米管(MWCNTs)对水泥基试样力学性能的影响,分别采用直径为10～20 nm、20～40 nm、40～60 nm的三种MWCNTs制备了不同掺量的MWCNTs水泥基试样,并对水泥基试样进行了力学性能试验.通过孔径分析仪(MIP)和扫描电子显微镜(SEM)分别对不同直径及不同掺量的MWCNTs水泥基试样的孔隙结构和微观结构进行了研究.试验结果表明:使用相同直径MWCNTs的水泥基试样中,抗压强度和抗折强度分别在较低掺量为0.1wt％和0.2wt％时提升最为明显,孔隙率随着MWCNTs掺量的增加而增大;而使用相同MWCNTs掺量的水泥基试样中,MWCNTs直径为10～20 nm的抗压强度提升最为明显,直径为40～60 nm的抗折强度提升最为明显,孔隙率随着MWCNTs直径的增大而增大.另外通过扫描电镜分析还发现,不同直径不同掺量的MWCNTs在水泥基试样中起到了桥联和拔出作用,能有效的阻止裂缝的传播和发展.     

纳米二氧化硅改性SA P内养护水泥基材料的力学性能研究

为了研究纳米二氧化硅(NS)改性高吸水性树脂(SAP)内养护水泥基材料的力学性能,在水泥和混凝土中掺入不同掺量的SAP和NS,从宏观和微观的角度对单掺SAP、单掺NS以及复掺下的水泥胶砂强度和混凝土力学性能进行分析,结果表明:在掺量范围内,SAP对水泥胶砂抗折强度提高不大,却会降低水泥胶砂的抗压强度;NS对水泥胶砂的抗折强度和抗压强度仅略有提高;SAP会降低混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度,其强度随着SAP掺量的增加而降低;NS对混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度略有提高,且都随着NS掺量的增加而提高.基于NS本身固有的特性能够较好弥补SAP所带来的负面影响,混凝土抗压强度的最佳掺量为0.16％SAP和1.5％NS,而水泥的胶砂强度和混凝土的劈裂抗拉强度的最佳掺量为0.08％SAP和1.5％NS.SAP的掺入使内部结构生成大量的钙矾石穿插于水化硅酸钙凝胶之中,且NS的掺入使内部结构更加密实.     

蔗糖对氧化石墨烯掺配砂浆流动性与力学性能影响研究

掺入少量氧化石墨烯(GO)能显著改善水泥基材料的综合性能.但GO极易在水泥水化的高钙高碱性介质中聚沉并降低新拌浆体的流动性.目前国内外还未有对同时改善GO在水泥浆体中分散能力及其掺配砂浆的流动性的系统研究.本文研究了在聚羧酸减水剂(PC)存在下,蔗糖(T)对GO在饱和氢氧化钙(CH)溶液中的分散性能以及GO掺配砂浆流动性与力学性能的影响.相比只用PC分散剂,额外添加少量T能显著提升GO在CH溶液中稳定分散的能力并能改善浆体流动性.力学性能测试表明,T能大幅增加GO掺配砂浆抗压强度和抗折强度.相对于PC/GO空白砂浆试件,当GO、T掺量分别为0.07％、0.175％(质量分数)时,试件28 d抗折和抗压强度分别提高25.42％和20.16％,电通量降低33.6％.微观结构测试表明T能进一步促使GO在水泥基材料中均匀分散,有利于形成结构更规整密实的水泥水化产物以及空洞裂缝等缺陷更少的水泥石.     

硅灰掺量对预制混凝土界面黏结性能影响研究

为提高砂浆垫层与预制混凝土墩柱、承台界面间的黏结性能,在连接处涂刷一层界面剂,采用水泥净浆为基准,以不同硅灰掺量为变量,研究硅灰掺量对预制混凝土界面黏结性能的影响,通过实验分别测试了抗折强度、抗压强度、劈拉强度及剪切强度。结果表明,从力学性能上看,同一龄期下,抗折及抗压强度均随着硅灰掺量的增加呈现先提升后下降的趋势,硅灰掺量为8%时的抗折与抗压强度值最大,分别为9.5,63.6 MPa,表现为力学性能最好;从黏结性能上看,劈拉及剪切强度均随着硅灰掺量的增加出现先增加后减小的现象,掺量为8%时,28 d强度值分别为1.7 MPa和1.65 MPa,黏结性能最优,28 d强度增长率较7 d分别提高了40%和65%。综合分析力学性能和黏结性能,得出硅灰掺量为8%时,界面黏结效果最优。     

纤维素醚分子参数对水泥浆力学性能的影响

本文比较了纤维素醚分子参数和掺量对水泥浆力学性能的影响,结果表明,纤维素醚会增加水泥浆的孔隙率,降低水泥浆的抗压强度和抗折强度,且抗压强度的降低幅度要大于抗折强度;纤维素醚的粘度或分子量越高,或者表面活性越大,其改性水泥浆的强度越低;羟乙基纤维素醚(HEC)改性水泥浆的强度比含甲基的纤维素醚改性水泥浆的强度高;随着纤维素醚掺量增加,水泥浆的抗压强度逐渐降低并趋于稳定,抗折强度则经历增加、降低、稳定和微增加的过程.     

GF/PP纤维对磷石膏试件力学性能的影响研究

采用磷石膏、玻璃纤维(GF)、聚丙烯纤维(PPF)、缓凝剂、减水剂及水制备了不同纤维长度、不同纤维掺量的磷石膏试件,研究了GF和PPF的纤维长度和掺量对磷石膏试件力学性能的影响,结果表明：相同纤维长度的PPF对磷石膏试件抗折强度的提升优于GF,但当纤维长度在12 mm以上时,GF更有利于试件抗压强度的提高;0.20%及以上掺量的PPF有利于试件抗折强度的提升,0.15%及以上掺量的PPF有利于试件抗压强度的提升;掺量为0.20%的PPF和掺量为0.05%的GF组成的复配纤维虽然能极大提升试件的抗压强度,但对试件的抗折强度不利;掺量相同时,数量较少的长纤维更有利于磷石膏试件抗折强度的提升。