石墨烯和碳纳米管水泥基复合材料研究进展

石墨烯和碳纳米管均为纳米材料,具有高强度、高导电性、高导热性等优点。石墨烯和碳纳米管应用到水泥基复合材料中能提高其强度、改善其耐久性、并使水泥基复合材料具有导电性和压敏性能。本文总结了石墨烯和碳纳米管的打散和氧化方法,归纳了石墨烯和碳纳米管对水泥基复合材料的增强增韧效果和机理,分析比较了其对水泥基复合材料耐久性、导电性和压敏性的影响,并总结了几种常用的细微观研究手段,为开展进一步研究提供参考。     

碳纳米管水泥基材料耐久性理论探讨

碳纳米管是近几年国内外纳米材料界研究的热点。在建设工程中,水泥基材料的耐久性问题日益突出。本文在介绍碳纳米管的结构性能和水泥基材料的耐久性问题的基础上,分析了多壁碳纳米管改善水泥基材料耐久性的可能性,得出拟解决的关键问题是多壁碳纳米管在基体中的均匀分散和其与基体的相容性以及水泥基复合材料的耐久特性和机理,为工程应用奠定基础。     

镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基材料的电学性能与压敏性能

通过复掺镍纳米纤维、碳纳米管制备了镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基复合材料,研究了其导电性及压敏性,并与单掺碳纳米管增强水泥基材料进行了对比.水泥基材料导电性用四电极伏安法进行测试,微观形貌用扫描电子显微镜(SEM)进行观察,并探讨了镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基材料的性能提升机理,结果表明:镍纳米纤维、碳纳米管在水泥基材料中分散良好;镍纳米纤维加入碳纳米管水泥基材料中,可降低电阻率,最高可降低50％;混掺镍纳米纤维/碳纳米管水泥基材料比碳纳米管水泥基材料具有更稳定的敏感性,灵敏度最高可达1880,更适用于混凝土结构应力监测的传感元件.     

碳纳米管水泥基复合材料机敏性能研究

为了研究碳纳米管水泥基复合材料在循环荷载下的机敏性能,将多壁碳纳米管作为增强相,采用非共价表面活性剂吸附分散技术,使多壁碳纳米管尽可能均匀地分散在水泥净浆中制备碳纳米管水泥基复合材料,分析了碳纳米管掺量、试件尺寸、循环荷载等因素对其机敏性能的影响。试验结果表明:在循环荷载作用下,纳米管水泥基复合材料的电阻率ρ随着加卸载出现可逆性循环变化,表现出了良好的机敏性能,多壁碳纳米管的较佳掺量为0.2%,且尺寸较小的试件表现出的机敏性更优。因此,碳纳米管复合材料可发展成为一种新型的传感器用于结构的健康监测。     

PE纤维水泥基复合材料基本力学性能试验研究

在水泥基复合材料中掺入适量聚乙烯(PE)纤维得到PE纤维水泥基复合材料,可以很好的提升水泥基复合材料的弯曲性能,研究了PE纤维掺量、粉煤灰置换率等对PE纤维水泥基复合材料抗压强度以及弯曲性能的影响。试验表明,PE纤维掺量可以有效的提升材料的弯曲性能,但对其抗压强度影响不大,而粉煤灰置换率却可以有效地控制水泥基复合材料强度等级,对其弯曲性能也有明显增强。     

纤维增强水泥基复合材料界面性能的研究进展

基于界面在复合材料中的重要性,介绍了纤维增强水泥基复合材料中,纤维与水泥基的界面性能以及目前常用的界面性能的测试手段;同时,对目前常用的纤维(钢纤维、聚丙烯纤维)及新型无机矿物微纤维CaCO3晶须,与水泥基材料的界面的组成与结构的改善办法进行了总结。     

纳米SiO_2和PVA纤维增强水泥基复合材料抗冻性能

为研究纳米SiO_2和PVA纤维增强水泥基复合材料的抗冻性能,通过快冻法试验测得了各组试件经冻融循环后的相对动弹性模量,对单掺PVA纤维与复掺纳米粒子和PVA纤维水泥基复合材料的抗冻性能进行了对比,探讨了纳米SiO_2与PVA纤维对水泥基复合材料抗冻性能的影响。结果表明:在一定掺量范围内掺加PVA纤维可以提高水泥基复合材料的抗冻性能,但过大掺量(0.9%)的PVA纤维会对水泥基复合材料的抗冻性产生不利影响;在PVA纤维水泥基复合材料中掺入纳米SiO_2可以明显提高其抗冻性能,在本文试验纳米SiO_2掺量范围内,其抗冻性随着纳米SiO_2掺量的增加不断增强;在掺加2%纳米SiO_2的水泥基复合材料中掺加一定掺量(0.9%)的PVA纤维可以提高水泥基复合材料的抗冻性。     

PVA纤维水泥基复合材料抗折试验研究与模型分析

PVA纤维水泥基复合材料有着显著阻裂能力和拉伸性能,开展了PVA纤维水泥基材料抗折性能的研究。包括PVA纤维水泥基复合材料试件抗折性能试验、其破坏形态与承载力分析、建立与分析了在PVA纤维水泥基复合试件下的拱模型理论、提出新的承载力计算方法。研究得出：PVA纤维水泥基复合材料试件在纤维体积掺量为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%时,抗折承载力随着纤维掺量的增加而增加,抗折性能得到显著提升;根据PVA纤维水泥基复合材料试件的不同受力阶段,分3种情况建立平衡方程,为计算抗折承载力提供了依据;建立了拱模型在PVA纤维水泥基复合材料试件下的抗折承载力计算理论,得到抗折承载力计算结果与试验值较为接近。     

超高强复合水泥基掺入料对抗压强度及疲劳性能影响研究

为了探究超高强水泥基复合材料力学及收缩性能,研究了超高强复合水泥基材料的收缩性能及力学表现,从抗压强度、抗折强度、体积收缩率及疲劳性能进行分析,得到不同硅粉掺加量和不同种类纤维及其掺加量对超高强复合水泥基材料的力学性能影响,对不同种类纤维及硅粉掺合料的配合比进行优化。结果表明,两种纤维及硅粉掺入水泥基材料后,收缩及力学性能得到明显改善,钢纤维对水泥基复合材料抗压及抗折强度提升较突出,但碳纤维与硅粉及水泥基材料相容性较好。纤维掺入体量为1%的碳纤维及1.5%的钢纤维对水泥基复合材料综合性能改善效果最佳,其抗压强度分别提高2.7%、3.0%,抗折强度分别提高21.2%、12.6%,体积收缩率分别降低3.5%、12.2%;且掺加1.5%钢纤维的水泥基复合材料相较于未掺加材料疲劳性能提升约4倍,最大跨中挠度阶段性特征变现显著;掺入8%硅粉相较于纤维改善效果最佳,其抗压、抗折强度分别提升10.4%、13.3%,体积收缩率降低了28.8%。     

PVA纤维水泥基复合材料单面盐冻性能及损伤

单面盐冻环境下PVA纤维水泥基复合材料的冻融破坏反映了路面、桥面由于除冰盐造成破坏的工程实际情况。本文通过单面盐冻试验研究PVA纤维掺量、水胶比、粉煤灰掺量对水泥基复合材料抗冻性能的影响,试验结果表明,纤维掺量在0~2%之间时制备的PVA纤维水泥基复合材料,随着纤维掺量的增加抗冻性能增强;水胶比在0.27~0.4之间时制备的PVA纤维水泥基复合材料,随着水胶比的增大抗冻性能减弱;粉煤灰掺量在45%~50%之间时,PVA纤维水泥基复合材料表现出良好的抗冻性能。并用二参数Weibull分布模型分析了PVA纤维水泥基复合材料的冻融损伤,建立了考虑纤维掺量、水胶比、粉煤灰掺量三因素的冻融损伤模型,模型计算值与试验值吻合良好,表明本文建议的模型可用于PVA纤维水泥基复合材料冻融损伤分析,为进一步研究其冻融损伤规律提供参考。     

碳纳米管水泥基复合材料研究进展

碳纳米管是近几年国际新材料领域的研究前沿和热点,作者结合自己的研究详细综述了碳纳米管水泥基复合材料的国内外研究进展,分析了当前研究中存在的问题、碳纳米管水泥基复合材料的发展趋势及应用前景,并就今后研究的方向给出了建议.     

有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料

介绍了水泥基电磁屏蔽材料的种类和电磁屏蔽机理,分析了水泥基电磁屏蔽材料的研究现状,重点阐述了碳系-水泥基屏蔽材料和纤维-水泥基屏蔽材料。结果表明:碳系-水泥基屏蔽材料成本低廉、屏蔽性能稳定,但其在1.5GHz频率内的平均屏蔽效能值一般不超过30dB,且力学性能随填料量的增加而下降;而纤维-水泥基屏蔽材料具有良好的屏蔽性能和力学性能,其在1.5GHz频率内的平均屏蔽效能值能达到30dB以上,在8～12GHz频段内的平均屏蔽效能值达40dB左右,具备一定的实际应用价值。并提出了水泥基电磁屏蔽材料今后的研究方向和应用前景。     

纳米二氧化硅改性水泥基材料的研究进展

纳米二氧化硅以其粒径小、比表面积大、表面吸附能力强等特性在改性水泥基材料性能方面有着良好的效果,现已成为众多学者研究的热点。文章对纳米二氧化硅在改性水泥基材料的水化硬化、耐久性和力学性能三个方面的研究进行了综述,并对纳米二氧化硅改性水泥基材料的机理进行简单概况,为今后深入研究其他纳米材料改性水泥基材料的机理提供研究基础。     

碳纤维-石墨复合水泥基材料导电性能的试验研究

在石墨水泥基材料中掺入低电阻率且具有阻裂功能的短切碳纤维可以提高材料的导电性能.试验研究了环境温度、碳纤维长度及组合长度碳纤维等对石墨水泥基材料电阻率的影响.结果表明,碳纤维可以改善石墨水泥基材料的性能,组合长度碳纤维的掺入有利于材料导电网络的形成.     

掺纳米碳纤维导电水泥基材料的制备

通过调节减水剂掺量改变水泥净浆或砂浆的流变性能,并研究了固定纳米碳纤维条件下试件的电阻率平均值与变异系数。结果表明:适当提高水泥净浆或砂浆的流动性或降低屈服剪切应力、塑性粘度,有利于降低掺纳米碳纤维水泥基材料的电阻率,提高导电稳定性;过高或过低的流变参数均不利于稳定的导电水泥基材料制备。     

水泥基材料开裂敏感性评价方法分析

开裂问题一直是水泥基材料研究领域中的热点,特别是因非荷载作用引起的早期开裂问题近些年尤其受到关注。自由收缩值不能直接用于评价水泥基材料的抗裂性能．试验必须在约束条件下进行。本文主要对国内外水泥基材料的约束收缩开裂敏感性试验评价方法进行了总结和评述。研究表明：水泥基材料抗裂性的研究取得了一定的进展,但是,鉴于导致开裂因素的复杂性,要定量评价水泥基材料的抗裂性,还需从材料学、力学、热学和数学乃至仿生学等交叉学科入手,做大量研究工作。     

废旧橡胶改性水泥基材料的研究进展

综述了国内外废旧橡胶改性水泥基材料的现有研究成果。分析了废旧橡胶改性水泥基材料未能得到广泛应用的原因,并指出了今后研究的方向。现有研究成果表明,掺入橡胶颗粒取代部分集料可以有效提高水泥基材料的抗冻性和抗渗性,成倍提高混凝土的弯曲疲劳寿命,同时使抗裂性、抗冲击性能也得到改善。此外,橡胶混凝土应用到结构构件中能提高结构的延性及耗能能力。     

碳纤维-石墨复合水泥基导电材料性能的试验研究

在石墨水泥基材料中掺入低电阻率、具有阻裂功能的短切碳纤维可以提高材料导电性能和力学性能。通过试验研究了测试电压、纤维掺量及龄期等对材料电阻率的影响,同时研究了碳纤维掺入对力学性能的影响。结果表明碳纤维掺入可以改善复合材料的导电性能和力学性能。     

纳米材料改性水泥基注浆材料的作用机理与研究现状

由于工程地质条件的复杂性,注浆材料需要满足速凝早强、抗分散性、耐久性好的要求。而纳米材料可以改善水泥基注浆材料的力学特性、抗分散性、耐久性,为注浆材料的研制提供了新方向。本文就纳米材料改性水泥基注浆材料的作用机理和研究现状进行了归纳分析,指出关于注浆参数的模型试验和数值模拟研究成果应与工程实践联系,研制更符合特定工程要求的注浆材料,为注浆实践提供指导。