纳米碳纤维增强混凝土抗冻性能试验

对六种不同纳米碳纤维掺量的72个纳米碳纤维/混凝土试件进行了慢冻融循环试验,通过测量纳米碳纤维/混凝土经不同冻融循环次数作用后的抗剥落能力、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度损失率,研究了纳米碳纤维掺量对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的影响。另外进行了纳米碳纤维/混凝土的FE-SEM试验和压汞试验,分析了纳米碳纤维对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的微观改性机制。结果表明:纳米碳纤维通过改善混凝土的微观形貌,细化其孔隙结构,提高其整体性和密实度,显著改善了混凝土的抗冻性能;纳米碳纤维掺量为3vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能最佳。同普通混凝土相比,300次冻融循环后,纳米碳纤维/混凝土的相对动弹性模量提高了33.2%,抗剥落能力显著增强;相同冻融次数下,随着纳米碳纤维掺量的增加,纳米碳纤维/混凝土相对动弹性模量和抗压强度损失率均先增大后减小,质量损失率先减小后增大。但纳米碳纤维掺量最大为5vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能仍优于普通混凝土;冻融循环次数越多,纳米碳纤维对混凝土抗冻性能的改善作用越显著。      

浅谈混凝土耐久性

混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用,长期保持强度和外观完整性的能力。影响结构耐久性的因素很多,砼质量及其保护层是内在因素;环境与载荷作用则是外在因素,不同的原因会造成不同的后果。首先讨论了混凝土耐久性的概念。接着分析了混凝土冻融作用破坏机理分析、混凝土缺陷检测、提高混凝土耐久性的措施,最后做了总结。     

简述提高混凝土耐久性的措施

混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用,长期保持强度和外观完整性的能力。影响结构耐久性的因素很多,混凝土质量及其钢筋混凝土保护层是内在因素,环境类别与作用等级则是外在因素,各种不同的原因会引起不同的结果。     

纳米碳纤维改性混凝土的力学性能及抗冻性能研究

纳米碳纤维凭借着高的抗拉强度和弹性模量,被广泛应用于水泥混凝土的增韧剂。通过在混凝土材料中掺入不同含量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))的纳米碳纤维,研究了纳米碳纤维掺杂量对混凝土力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂未生成新的产物,但加速了水化反应的进行,增加了改性混凝土的结构致密性,减小了孔隙和缺陷的数量。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,改性混凝土的形貌结构最佳。随着纳米碳纤维掺杂量的增加,改性混凝土的抗压强度、抗折强度和磨损量降低比率先增大后减小,单位面积的磨损量和80次冻融循环时刻的质量损失率先减小后增大。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,改性混凝土28 d的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为47.83和5.92 MPa,单位面积的磨损量最小为1.12%,磨损量降低比率最大为55.56%,80次冻融循环时刻的质量损失率最小为1.23%。综合各分析可知,纳米碳纤维的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。     

新型聚合物乳胶粉对碳纤维增强混凝土力学性能的影响

为了更好地提升碳纤维混凝土的力学性能,通过加入VAE聚合物乳胶粉,研究4种碳纤维掺量(0,0.1%,0.2%,0.3%)下乳胶粉掺量对碳纤维混凝土性能的影响,并对混凝土的抗压强度、抗折强度、抗压峰值应变、抗折峰值应变和折压比进行分析。试验结果表明,随着VAE聚合物乳胶粉掺量的增加,乳胶粉对碳纤维混凝土性能的提升效果呈现先升高后下降的趋势,乳胶粉掺量在4%～8%范围内对碳纤维混凝土性能的提升最为明显,且碳纤维掺量和乳胶粉掺量之间存在交互作用。     

纳米碳纤维增强混凝土动态劈拉破坏的能耗规律研究

采用Φ100 mm SHPB试验装置对纳米碳纤维(CNFs)体积掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的纳米碳纤维增强混凝土(CNFRC)进行了动态劈拉试验,分析了CNFRC动态劈拉破坏的能耗规律,并与碳纤维(CFs)体积掺量为0.3%的碳纤维增强混凝土(CFRC)进行了对比分析。结果表明：在动态劈拉破坏过程中,随着入射能平均变化率的增大,混凝土的应变率不断增大。采用二次多项式能较好地拟合应变率随入射能平均变化率的变化规律。CNFs可“加固”混凝土内部结构,从而使得CNFRC的应变率较普通混凝土小。CNFRC的吸收能具有明显的应变率效应和入射能平均变化率效应。在分析混凝土内部能量耗散时,建议采用入射能平均变化率作为自变量。CNFs可以提高混凝土的吸能特性和强度。入射能平均变化率相同时,随着CNFs掺量的增大,CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均先增大后减小。CNFs掺量为0.3%时,CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均最大。入射能平均变化率相同时,CNFs对混凝土强度的提高效果较CFs差,对混凝土吸能特性的提高效果接近CFs。     

纳米碳纤维增强水泥基复合材料的探讨

纳米碳纤维(Carbon nanofibers,CNFs)是近年来国内外纳米材料界的研究热点。介绍了纳米碳纤维的结构特点、性能、应用以及水泥基材料的各项性能和特点,并对纳米碳纤维增强水泥基力学性能的可能性进行了系统的探讨及研究,总结出现阶段需要解决的问题是纳米碳纤维在水泥基材料中的均匀分散及纳米碳纤维与水泥基体的相容性,并提出一些解决方案,为后期的工程应用及研究奠定了基础。     

碳纤维增强水泥基复合材料的应用研究

本文介绍了碳纤维在国内外土木建筑中的应用。分别叙述了短切碳纤维混凝土在建筑中的应用以及试验研究的情况。     

内嵌碳纤维增强塑料板条抗弯加固混凝土梁试验研究

按照正常配筋浇筑了15根钢筋混凝土梁,在部分混凝土梁受拉区保护层内按照不同尺寸沿梁轴向开槽,在槽内嵌入碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,简称CFRP)板条,用专用树脂对槽道进行充填,并对这些梁进行弯曲试验。研究了内嵌碳纤维增强塑料板条加固后混凝土梁的破坏形态、开裂弯矩、极限承载力情况,并与外贴等量碳纤维板条的混凝土梁进行了比较;分析了碳纤维板条加固量及开槽尺寸对承载力的影响及混凝土梁的变形和裂缝发展随加固量及开槽尺寸变化的情况。研究表明,与未加固梁相比,内嵌CFRP板条加固梁的极限承载力提高了11.2%―41.7%;与外贴CFRP板条加固梁相比,其极限承载力提高了15.5%―22.7%。     

纳米碳纤维的制备及应用

纳米碳纤维具有较大的长径比,独特的物理、电及热学性能等,在复合材料、场发射、电子化学探针等领域有潜在的应用前景.论述了纳米碳纤维的合成方法及其应用前景,并提出了纳米碳纤维的研究和发展方向.     

纳米CaCO3增韧混凝土复合材料的制备及机理研究

以纳米CaCO₃作为掺杂填料,在普通硅酸盐水泥中掺入不同含量的纳米CaCO₃（0,2%,4%和6%）(质量分数),制备出了一系列纳米CaCO₃混凝土复合材料。对其晶格结构、微观形貌、孔隙分布、力学性能和抗碳化性能进行了分析表征,探讨了纳米CaCO₃增韧混凝土复合材料的机理。结果表明,适量纳米CaCO₃的掺杂,使混凝土复合材料的水化产物晶型更好、结晶度更高,表面变得更加致密化和均匀化,且有效降低了有害孔及多害孔的占比,提高了无害孔和少害孔的占比。当纳米CaCO₃的掺杂含量为4%（质量分数）时,混凝土复合材料表面的改善效果最好,碳化深度最低为5.91 mm,抗压强度和劈裂强度均达到了最大值,分别为37.92和2.37 MPa。综合可知,纳米CaCO₃的最佳掺杂比例为4%（质量分数）。     

纳米碳纤维的制备及其表面结构分析

用电场纺丝方法制得了PAN原丝,经碳化制备纳米碳纤维;并用因子设计方法研究PAN原丝平均直径的影响因素;用扫描电镜(SEM)、扫描隧道显微镜(STM)研究了纳米碳纤维的表面形貌及结构.结果表明溶液的浓度是PAN原丝平均直径的主要影响因子,电压对原丝的平均直径没有明显的影响;用电场纺丝方法可以制得直径在80～500nm之间的纳米碳纤维;电场纺丝制得的纳米碳纤维表面有长度约为10nm左右,宽度约为5nm沿纤维方向取向的凹坑,该结构有利于进一步增加纤维的比表面积和吸附性能,该类纤维在复合材料领域有潜在的应用前景.     

碳纤维增强木材复合材料

碳纤维增强木材复合材料(CFRW)是新一代建筑材料、修补材料和装饰材料之一。在土木工程建筑、旧建筑的加固修补等方面得到广泛应用。CFRW不仅可提高材料的抗拉强度、压缩强度等,而且还赋予木材防菌防蚁、防水防腐、导电和电磁波屏蔽等新的功能。同时,可综合利用破碎木材及边角料,通过复合使其变废为宝。本文主要论述CFRW的制造、性质及其应用。     

炭纤维增强混凝土新式构件在建筑中的应用

炭纤维增强混凝土新式构件在建筑中的应用Ｐｕ－Ｗｏｅｊｃｈｅｎ美国前言混凝土新式构件具有非破坏性裂纹检测能力，可以使混凝土构件及时加以更换。公路、大桥、核电站等都迫切需要这种材料。本文描述用于制备具有非破坏性裂纹检测能力新式构件的导电混疑土材料（通过添...     

碳纤维增强混凝土的拉敏特性及梁构件的机敏监测

碳纤维具有良好的导电性,电阻率变化率与所处应力场具有稳定的对应关系,在混凝土结构中构造一定厚度的碳纤维增强混凝土机敏层,并通过实时监测电阻率变化率,可对结构的实时荷载和变形程度进行预报.本工作研究了碳纤维增强混凝土本征拉敏特性规律,并将其应用于钢筋混凝土梁构件中,实现了对构件实时荷载和变形的在线监测.     

矿物质超细粉混凝土的耐久性效应

矿物质粉体的粒径〈10μm的称为超细粉。在高性能混凝土（HPC）中最先应用的是硅粉（SF），据资料介绍，应用SF可配制出230MPa的HPC。日本后来发展了矿渣超细粉（BFS），利用BFS可取代70％的水泥，配制出来的混凝土施工性能好，强度高达100MPa以上，特别是具有优异的抗硫酸盐腐蚀的性能。美国大量使用粉煤灰（FA）配制HPC，我国也用Ⅰ级FA及磨细FA配制HPC。此外，还有采用超细沸石粉（NZ）及偏高岭土超细粉（MK）来配制HPC。矿物质超细粉在混凝土中具有许多特殊功能，是HPC不可缺少的组成部分，超细分混凝土的耐久性效应就是其中之一。     

化学转换型裂缝自修复材料及其对混凝土耐久性的影响研究

混凝土耐久性是国际工程界的重要研究课题.大量研究表明:渗透性是影响水泥混凝土耐久性的最关键因素,它与混凝土耐久性之间存在着极其密切的关系.因此,改善和增强水泥混凝土的抗渗性能,并使其具有优良的裂缝自修复能力是提高混凝土耐久性的重要途径,对提高混凝土的耐久性具有重要的意义.在对裂缝自修复作用机理的分析研究基础上,制备了一种裂缝自修复材料,对该材料的自修复功能和作用机理进行了研究与表征,并系统研究了该材料对混凝土耐久性的影响.主要结论如下:(1)在查阅与分析了大量国内外文献资料的基础上,提出了化学转换自修复反应思想,以此为理论依据,制备出了化学转换型水泥混凝土裂缝自修复材料--CCSM.(2)研究表明CCSM可显著提高水泥基材料(砂浆、混凝土)的抗渗性能和抗压强度.砂浆试件的一次抗渗压力由0.4MPa提高到1.4MPa以上,二次抗渗压力由0.1MPa提高到1.2MPa以上,抗压强度则由20.41MPa提高到23.54MPa.(3)CCSM涂层试件的二次和多次抗渗性能的研究表明,CCSM可显著提高混凝土的抗渗自修复能力;对去涂层试件抗渗性能进一步研究证明CCSM主要是通过活性化学物质扩散渗透到混凝土内部,借助化学转换作用来提高混凝土的抗渗性,并赋予混凝土自修复功能.(4)XRD衍射、压汞试验、SEM显微分析和成分分析研究表明,CCSM内含的活性化学物质在水泥基材料中具有扩散渗透性,能在较短的时间内扩散到水泥基材料的内部,并通过化学转换反应促使试件内部的未水化水泥等活性胶凝物质与游离钙离子在孔隙和裂缝中生成不溶性的硅酸钙等结晶体,堵塞内部孔隙,封闭毛细孔通道,显著降低试件的孔隙率(由36.4%降低到14.8%),并使试件内部的有害孔(孔径为100～200nm)和多害孔(孔径大于200nm)明显减少,从而阻止水与侵蚀性介质向内部的扩散.而CCSM的活性化合物在化学转换反应中并不消耗,可反复参与反应,从而赋予水泥基材料持久的裂缝自修复功能.(5)对影响CCSM自修复作用的相关因素的研究表明,水泥基材料中应有一定量的水泥含量(10%以上),才能使CCSM化学转换反应充分进行,从而有效提高混凝土的裂缝自修复作用;延长养护时间、增大环境湿度均有利于CCSM化学转换作用的发挥.(6)研究发现CCSM可明显提高混凝土耐化学侵蚀和抗冻融破坏能力.CCSM处理试件在盐酸和氢氧化钠溶液中浸泡3个月后的抗压强度明显提高(增长率超过28%),在硫酸钾溶液中略为降低(小于10%),抗渗压力均由1.4MPa提高到1.5MPa以上;而基准试件的抗压强度分别减少了20%、18%和27%,抗渗压力由0.6MPa降低为0.4MPa;经150次冻融破坏后,CCSM处理试件的强度损失仅为3.5%,而未处理试件强度损失达到15.6%.CCSM改善混凝土耐化学侵蚀和抗冻融破坏的作用机理在于,CCSM通过化学转换反应大幅度减少了试件内部的毛细孔(孔径为100～1000nm),有效地阻止了水和侵蚀性介质向试件内部的扩散,从而显著降低了侵蚀性介质和孔隙水对试件产生的化学侵蚀和冻融破坏.(7)CCSM还可有效抑制水泥混凝土的碱集料反应.当内掺水泥用量3%的CCSM后,试件长度膨胀率仅为基准样的1/9.(8)吸水率和氯离子扩散系数的测试显示,CCSM可使水泥混凝土的吸水增重率从基准试件的5.91%降低到0.23%～0.56%,氯离子扩散系数仅为基准试件的1/5左右.钢筋锈蚀试验表明:在NaCl溶液中长期浸泡后,CCSM处理试件中钢筋仍保持为钝化状态.由此可见,CCSM显著减少了水和氯离子等侵蚀性介质对混凝土的渗透,可有效防止水泥混凝土中的钢筋锈蚀.(9)依据扩散理论建立了CCSM在混凝土中的渗透扩散方程,并采用有限元分析方法对CCSM中的活性化合物在混凝土中的扩散速度、扩散深度进行了数值模拟.该模型的理论预测结果与实际测试结果具有很好的吻合性,可用于对CCSM实际工程应用的理论指导.     

纳米碳纤维复合材料断裂电发射试验研究

采用超声波分散的方法制备了纳米碳纤维／环氧树脂复合材料，研究了纳米碳纤维／环氧树脂复合材料在拉伸和弯曲破坏时的电发射现象，并对其电发射机理进行了探讨。研究结果表明：纳米碳纤维／环氧树脂复合材料在受荷开裂和裂纹扩展过程中均存在明显的电发射现象，这一特性将为复合材料结构的在线监测及非损伤诊断提供新的方法和途径。