玄武岩纤维及其增强水泥基材料的研究进展

玄武岩纤维是一种极具应用前景的新型高性能无机纤维.概述了玄武岩纤维的物理力学性能、环境因素作用下玄武岩纤维及其复合材料的耐久性和表面修饰对纤维性能的影响.重点介绍了玄武岩纤维在水泥基材料中的应用研究进展,其中包括玄武岩纤维混凝土准静态力学性能和韧性的理论与试验研究以及玄武岩纤维布在混凝土结构加固方面的应用.并提出了当前玄武岩纤维增强水泥基材料研究中存在的问题和今后研究的方向.     

掺PVA纤维的抗裂改性水泥的性能与应用研究

抗裂性差是水泥基材料存在的主要问题之一,严重影响水泥基材料物理力学性能和耐久性。本文对掺PVA纤维的抗裂改性水泥的性能与应用进行了研究。结果表明,与普通水泥砂浆相比,掺PVA纤维的抗裂砂浆的强度、变形性能、抗裂性和耐久性均具有明显改善。PVA纤维增强抗裂砂浆技术在工程中得到了实际的应用。     

碳纳米管水泥基复合材料的性能探讨

碳纳米管自从被发现以来,以其优异的性能在物理、化学和材料等研究领域引起广泛关注。针对近年来国内外学者对碳纳米管增强水泥基材料物理力学性能进行的相关研究,介绍了碳纳米管在水泥基体中的分散性及其增强复合材料存在的问题,详细阐述了碳纳米管水泥基复合材料的力学性能、耐久性、导电性和自感知性以及吸波性能,为水泥基复合材料的功能性研究和应用提供了借鉴。     

蔗渣纤维对水泥基复合材料性能的影响

为缓解废弃蔗渣带来的环境压力,甘蔗渣纤维作为增强材料被应用于水泥基复合材料。本研究分析了0.5%NaOH溶液、4%NaOH溶液和角质化三种预处理方法对蔗渣纤维质量损失和吸水性能的影响,以及1%、2%、3%、4%的蔗渣纤维掺入量对复合材料干密度、吸水性能和力学性能的影响。结果表明：4%NaOH处理后的蔗渣纤维质量损失率最大,吸水率最低;蔗渣纤维的掺入降低了复合材料的干密度,增大了复合材料的吸水率,而复合材料的力学强度随着蔗渣纤维掺量的提高先增加后减小;经碱处理后,蔗渣纤维的增强效果得到进一步提高,改善了纤维与基体的界面结构,水泥基复合材料的物理力学性能均得到提高。     

氧化石墨烯复掺纤维水泥基复合材料研究综述

氧化石墨烯(GO)作为石墨烯(G)的衍生物有着与石墨烯相类似的力学性能和导热性能等优异性能,并且其亲水性官能团使其相比于石墨烯来说更容易在水中分散从而更容易与水泥基相结合。大量研究已表明GO掺入水泥基中不但可以增强水泥基的力学性能和耐久性能还可以增强水泥基的电磁屏蔽性能、导热性能等性能,为多功能型、智能型混凝土的开发提供了可能。以GO复掺其他功能纤维材料在水泥基中的应用为中心,简述了GO的性能特点、结构特质从而表明GO在水泥基材料中应用的广度和范围,并重点综述了GO的分散性研究和GO复掺纤维水泥基的工作性能、水化过程、力学性能、耐久性能、功能性能的研究,并对未来GO复掺纤维水泥基材料研究的方向进行了展望。     

氧化石墨烯水泥基复合材料的性能及研究进展

水泥基材料在建筑领域应用广泛,但其存在抗弯强度低、抗裂性和韧性差等缺点,因此改善水泥基材料性能一直是建筑材料领域研究的热点之一.氧化石墨烯(GO)是在石墨烯基面和边缘修饰了含氧官能团的一种二维衍生石墨烯材料,具有蜂窝状的结构形貌,亲水性、分散性和反应活性好.将GO加入水泥基材料中,可促进花状形貌晶体的形成,并加速水化进程的成核速度,使其形成致密的交联结构,进而细化水泥浆体的空隙,有效降低孔隙率,从而增强水泥基材料的力学性能,但流动性等有所降低.因此研究人员主要从微观作用机理、静态力学性能及耐久性等方面开展了深入研究,并取得了丰硕的成果.GO自身较大比表面积的结构性质致使水泥基复合材料流变性差,利用硅灰(SF)和氧化石墨烯包覆硅灰(GOSF)等外加剂对GO进行改性,从而提高GO水泥浆体的流动性.基于微观结构作用机理,对比不同GO掺量、试件尺寸、水灰比下的抗压强度和抗弯强度的增长率,分析GO水泥基复合材料的力学性能的增强机理.GO对水泥基材料抗压、抗拉、抗弯强度增长率存在较大差异,其中抗弯强度提高幅度最大.GO对硅酸盐水泥力学性能的提高程度较磷酸镁钾水泥更为显著.对于动态力学性能,不同应变率下裂纹扩展路径存在差异,在高应变率下GO的增强效应更为显著.水泥基材料工作环境中各类离子化合物及酸碱度对其基体有消极的影响,GO对其耐久性有明显的提高作用.本文对近年来GO水泥基复合材料的研究状况进行梳理,分析其微观结构作用机理、流动性、力学性能及耐久性等,阐述了目前国内外的研究状况及存在的问题,并展望了GO水泥基复合材料未来的发展趋势.     

碱激发材料氯离子传输性能测试方法及影响因素研究进展

水泥基材料中氯离子的传输是一个非常复杂的过程。在介绍水泥基材料氯离子传输机理及常用试验方法的基础上,综述了碱激发材料氯离子传输性能测试方法及影响因素。碱激发材料氯离子传输性能受激发剂种类的影响,改变矿渣掺量、碱掺量和水玻璃模数能不同程度地改变体系的氯离子传输性能。快速氯离子渗透试验结果受孔溶液化学组成影响,碱激发材料孔溶液碱性高、化学组成更复杂,孔溶液影响更显著,所以该方法不适用于评价碱激发材料氯离子传输性能。自然扩散试验因时间长而不常用。非稳态电迁移试验是目前快速测试水泥基材料中氯离子传输性能最好的方法,但由于碱激发材料与普通水泥基材料的碱度不同,其变色边界氯离子浓度也会不同,将该方法用于评价碱激发材料时,还需进一步研究测试样品的准备和硝酸银变色边界氯离子浓度。     

玄武岩织物增强碱激发矿渣粉煤灰水泥砂浆的耐久性研究

玄武岩织物可以增强碱激发胶凝材料的力学性能和体积稳定性,但目前关于其长期性能和耐久性的研究相对较少.基于加速老化试验、三点弯曲试验以及扫描电镜(SEM)比较了有无环氧涂层的玄武岩织物在碱激发矿渣粉煤灰水泥砂浆试件中的耐久性,并与硅酸盐水泥砂浆试件的测试结果进行了对比.结果表明:相较于硅酸盐水泥砂浆试件,织物增强碱激发水泥砂浆试件经加速老化后性能劣化更为显著,老化24 d后碱激发水泥砂浆试件和硅酸盐水泥砂浆试件的强度保留率分别为68. 94%和81. 69% .环氧涂层能提高试件的弯曲强度,并且延缓老化初期弯曲强度的下降速率,但延缓效果随龄期延长逐渐削弱,至18 d已基本失效.相对于抗弯强度,老化腐蚀对极限弯曲应变的降低作用更为明显.硅酸盐水泥砂浆基体中的玄武岩纤维多为局部点蚀,而碱激发水泥砂浆基体中的玄武岩纤维多呈整体麻面.环氧涂层能有效延缓玄武岩织物在碱激发胶凝材料中的性能劣化,但在加速老化过程中会逐渐降解导致失效,因此需要研究更为有效的表面处理方式以提升其耐久性.     

玉米秸秆纤维/脱硫石膏复合材料的性能

采用玉米秸秆纤维作为脱硫建筑石膏的增强材料, 通过力学性能测试实验研究了不同掺量秸秆纤维对石膏基复合材料力学性能的影响, 讨论了秸秆纤维的增强机制。结果表明, 秸秆纤维的掺量为5%时, 试样的抗折强度和抗压强度较空白样分别提高了92.31%和7.14%; 采用碱处理法、 聚丙烯酰胺化学包覆法、 丙烯酸化学包覆法对秸秆纤维进行表面改性, 通过力学性能测试实验和扫描电镜微观形貌观察研究了纤维表面改性对石膏基复合材料力学性能的影响。结果表明, 纤维表面改性改善了复合材料的界面结合状况, 进一步提高了复合材料的力学性能, 丙烯酸化学包覆改性可使脱硫建筑石膏复合材料的抗折强度较未改性玉米秸秆纤维/脱硫石膏复合材料提高55.71%, 抗压强度提高22.99%。      

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。     

先进水泥及先进水泥基材料的研究进展

介绍了有关先进水泥和先进水泥基材料的探索和研究进展。消纳工业废渣的低环境负荷水泥技术、高胶凝性高钙水泥熟料体系的研究、高贝利特水泥的研究和应用、地聚合物的深入开发等成果反映了我国在水泥科学领域的突破。水泥基材料的研究进展主要体现在多因素协同作用下水泥基材料性能劣化和寿命预测的研究、大流动度自流平混凝土的研究、改善水泥基材料体积稳定性的研究、高延性纤维增强水泥基复合材料的研究方面。水泥和水泥基材料近期研究重点将主要集中在与节能减排、环保利废有关的新设备、新材料和新技术方面;水泥基材料的抗裂性和耐久性,功能性复合材料的开发也将是研究的重点。     

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。     

氧化石墨烯及其分散方法对水泥基材料微观结构和力学性能的影响研究进展

氧化石墨烯(GO)因其出色的性能在改善水泥基材料微观结构、力学性能上均有很好的应用前景。然而,GO的增强效果很大程度上取决于其在水泥基体中的分散性。总结了近年来GO在水泥基材料中的研究成果,重点综述了GO的分散方式、分散机理以及相应的力学性能改善机理;对比了不同GO分散方式的优缺点,分析了GO分散前后对水泥基材料微观结构和力学性能的影响;提出了目前研究存在的问题,并对未来研究趋势进行展望;旨在为后续GO在水泥基材料中的稳定应用提供参考,以促进制备高效功能化的GO水泥基复合增强材料。     

合成粗聚丙烯纤维与水泥砂浆界面黏结力学性能

纤维嵌入水泥基材料中的界面黏结力学性能对纤维增强混凝土材料的力学性能起着重要作用。单纤维拉拔试验可以较好地模拟纤维与水泥基体材料界面间的受力条件，因此考虑3种纤维直径(0.2 mm、0.6 mm、0.8 mm)、3种纤维埋置长度(10 mm、20 mm、30 mm)和3种纤维表面性状(压痕型、波浪型、光圆型)与3种水泥砂浆基体水胶比(0.66、0.51、0.41)影响因素，进行了单根粗聚丙烯纤维从水泥砂浆基体中的拔出试验，使用SEM观测了纤维被拔出后的形貌特征，通过ABAQUS有限元建立了纤维拔出过程的数值模型，以研究单根纤维与水泥基界面间的剪切应力。同时将试验结果和模拟结果进行了数值拟合，得到了各因素对界面黏结力学性能的影响规律：(1)水泥砂浆的最佳水胶比为0.41～0.49;(2)合成粗聚丙烯纤维埋置长度最佳为8～10 mm，最佳纤维直径在0.26～0.39 mm范围；(3)纤维表面性状为压痕型时，纤维在水泥基材料中的利用率较大，并且与水泥砂浆的界面黏结性能良好。     

水泥基材料无机/有机复合内养护剂的研究进展

无机/有机复合吸水材料具有一定的亲水基团和三维网络结构,吸水性、保水性和释水性优异,是水泥基材料重要的内养护剂之一。通过在水泥基材料中引入无机/有机复合吸水材料,利用其吸-释水特性可自动调节水泥基材料内部相对湿度,促进水化反应,减少水泥基材料自收缩和早期开裂等现象,提高力学性能和耐久性。概述了无机/有机复合内养护剂(CICA)的制备方法、结构特征以及吸-释水行为;综述了CICA对水泥基材料水化进程、微观结构、宏观性能和耐久性的影响;展望了CICA在混凝土应用的发展前景,为CICA在水泥基内养护中的应用提供一定理论指导和技术参考。     

多尺度纤维增强水泥基复合材料力学性能试验

基于水泥基材料多尺度的结构特征及破坏过程,设计了一种由钢纤维、聚乙烯醇（PVA）纤维以及碳酸钙晶须构成的多尺度纤维增强水泥基复合材料（MSFRCC）,研究了其抗压强度、抗弯强度、弯曲韧性、多缝开裂形态以及断裂过程等基本力学性能。结果表明：基体材料的强度和韧性均得到了显著提高;MSFRCC在弯曲荷载作用下表现出了硬化行为和多缝开裂模式。扫描电子显微镜和断裂试验结果证实了多尺度纤维在水泥基复合材料破坏过程中发挥了多尺度阻裂作用。研究认为：通过对纤维进行多尺度组合设计,可以显著改善水泥基复合材料的韧性,廉价的碳酸钙晶须可以适量取代钢纤维和PVA纤维。     

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。     

氧化石墨烯增强水泥基复合材料的研究现状及展望

水泥水化进程复杂,所形成的水化产物缺陷较多,因而导致水泥基复合材料的力学性能及耐久性较差,如何对水泥水化行为进行调控成为了研究的热点。氧化石墨烯(GO)是由石墨氧化制备石墨烯的中间产物,因其存在大量的活性基团,在水泥基复合材料领域具有广阔的应用前景。概述了氧化石墨烯的选择及制备,论述了氧化石墨烯增强水泥基复合材料的流变性、微结构、物理力学性能及耐久性,重点阐述了氧化石墨烯对水泥基复合材料水化及性能调控的作用机理,针对当前研究中存在的问题进行了总结,并对未来的研究工作进行了展望。     

聚乙烯醇纤维增强钢渣粉-水泥复合材料基本力学性能及微观结构

通过掺加钢渣粉来制备聚乙烯醇（PVA）纤维增强钢渣粉-水泥基复合材料,从宏微观两个方面研究了这种复合材料的性能。考虑了基体材料的水胶比（0.25和0.35）、不同钢渣粉质量分数（0、30wt%、60wt%、80wt%）,采用抗压强度试验、薄板四点弯曲试验研究了PVA纤维增强钢渣粉-水泥基复合材料的基本力学性能变化规律及其在弯曲荷载作用下的裂缝控制能力,采用扫描电镜观测了破坏后试样的微观结构。结果表明,水胶比和钢渣粉掺量均可明显影响PVA纤维增强钢渣粉-水泥基复合材料的基本力学性能,在低水胶比条件下（水胶比为0.25）,钢渣粉掺量达到80wt%时,试样表现出较高的韧性指数和良好的裂缝控制能力,基本满足工程所需强度要求,水胶比为0.35时钢渣掺量不宜超过60wt%;同时,从节能减排的角度考虑,利用钢渣粉制备PVA纤维增强钢渣粉-水泥基复合材料是可行的。      

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.