石墨烯改性混凝土的制备及其力学性能和抗冻性能研究

以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料，石墨烯为增强材料，制备出了不同石墨烯掺杂量(0,0.04%,0.08%和0.12%(质量分数))的改性混凝土。研究了石墨烯掺杂量对改性混凝土晶体结构、微观形貌、力学性能和抗冻性能的影响。结果表明，石墨烯的掺杂并未生成新的水化产物，但加速了水化反应的速率，生成的水化产物凝胶填充到混凝土的缝隙中，提高了混凝土的致密性；当石墨烯的掺杂量为0.08%(质量分数)时，改性混凝土的孔隙数量最少、密实度最大，其形貌最佳；石墨烯改性混凝土在各养护龄期下的抗压强度均随着石墨烯掺杂量的增加而先增大后减小，在28 d的养护龄期下，当石墨烯的掺杂量为0.08%(质量分数)时，改性混凝土的抗压强度达到了最大值48.62 MPa;在60次冻融循环后，当石墨烯的掺杂量为0.08%(质量分数)时，改性混凝土的质量损失率最小为0.414%,相对动弹性模量最大为94.02%,石墨烯改性混凝土的抗冻性能显著改善。综合分析可知，改性混凝土中石墨烯的最佳掺杂量为0.08%(质量分数)。     

氧化石墨烯改性混凝土的制备及其性能研究

在普通硅酸盐水泥P.O 42.5的基础上,采用掺杂量为0,0.03%,0.05%和0.07%(质量分数)的氧化石墨烯作为基体的增强相,制备了氧化石墨烯改性混凝土。测试了改性混凝土试样的孔隙率、力学性能、碳化性能和磨损性能,并对各指标的相关性进行了分析。结果表明,适量氧化石墨烯的掺杂促进了改性混凝土的水化反应,对水泥水化产物的结晶组成没有影响,且使水化产物尺寸得到细化,生成了更加规则的结晶化合物;随着氧化石墨烯掺杂量的升高,改性混凝土的孔隙率、碳化深度和磨损量均呈现出先降低后升高的趋势,而抗压强度和抗折强度表现出先升高后降低的趋势;当氧化石墨烯的掺杂量为0.05%(质量分数)时,孔隙率最低为27.53%,7和28 d的碳化深度均为最低值1.46和3.81 mm,磨损量为最低值1.24 kg/m²,28 d的抗拉强度和抗折强度均为最大值53.9和6.7 MPa。可知,当氧化石墨烯的掺杂量为0.05%(质量分数)时,改性混凝土的综合性能最佳。     

高性能环氧树脂透水混凝土的制备及其性能研究

以不同质量分数(0,1%,2%,3%)的水性环氧树脂为改性剂,制备了高性能环氧树脂透水混凝土,研究了环氧树脂掺杂量对透水混凝土力学性能、透水性能、抗冻性能和微观形貌的影响。结果表明,适量的环氧树脂掺入透水混凝土后,可以增加骨料与砂浆之间的粘度,并提高其结合强度,从而提高了改性透水混凝的力学性能、透水性能和抗冻性能;随着环氧树脂掺杂量的增加,改性透水混凝土的抗压强度和抗折强度先增大后减小,透水系数和质量损失率先减小后轻微增大;当环氧树脂的掺杂量为2%(质量分数)时,28 d的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为13.17和1.26 MPa,透水系数和质量损失率(60次冻融循环下)达到了最小值,分别为4.84 mm/s和0.3233%;环氧树脂的掺杂提高了透水混凝土的结构致密性,当环氧树脂的掺杂量为2%(质量分数)时,改性透水混凝土的结构致密性最高,微裂纹较少,抗冻性能最佳。     

氧化石墨烯改性水泥基注浆材料的制备及力学性能研究

氧化石墨烯凭借较高的比表面积和独特的片层状结构,具有优异的理化性能。为获得高性能的水泥基注浆材料,通过引入不同掺杂量(0.00,0.02%,0.04%和0.06%(质量分数))的氧化石墨烯,制备了改性水泥基注浆材料。采用XRD、SEM、FT-IR和力学性能测试等分析了氧化石墨烯的掺杂量对改性水泥基注浆材料晶体结构、力学性能和自收缩性能的影响。结果表明：氧化石墨烯的掺杂加速了水化反应的进行,提高了Ca(OH)₂的生成速率,同时减小了裂纹数量,增加了结构致密性;当氧化石墨烯的掺杂量为0.04%(质量分数)时,28 d的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度均达到了最大值,分别为59.80,14.70和1.89 MPa;所有注浆材料在水化前期收缩较快,20 h后收缩量进入了“平台期”,随着氧化石墨烯掺杂量的增加,改性注浆材料的自收缩性能抑制效果先增大后减小,当氧化石墨烯的掺杂量为0.04%(质量分数)时,改性注浆材料的自收缩量最小。     

环氧树脂改性水泥混凝土的制备及耐久性实验分析

针对水泥混凝土存在的抗折强度不足、耐久性能偏低等问题，以环氧树脂为掺杂相，制备了不同环氧树脂掺量(0%,3%,6%,9%(质量分数))的改性水泥混凝土，分析了环氧树脂对水泥混凝土力学性能、微观形貌、耐久性能的影响。结果表明，环氧树脂的掺杂加速了水化反应的进行，混凝土的裂纹和孔隙数量减少，致密度提高。混凝土的抗压强度和抗折强度均随环氧树脂掺杂量的增大而先增大后减小，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土在养护28 d时抗压强度和抗折强度分别达到最大值43.8和7.9 MPa,相比未掺杂环氧树脂的混凝土分别提高了18.70%和29.51%。随着环氧树脂掺杂量的增大，混凝土的氯离子扩散系数先降低后增高，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土养护28 d的氯离子扩散系数最低为7.7×10^-8 cm/s,抗氯离子腐蚀性能最佳。在冻融循环次数达到80次时，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土的质量损失率最低为-0.13%,相对动弹性模量最大为94.86%,磨损量最低为0.66 kg/m²,磨损量降低率达到46.77%,具有优异的耐久性能。     

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)。     

PAN基碳纤维复合混凝土的制备及氯离子渗透性的影响

以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维为无机填料，制备了PAN基碳纤维复合混凝土，研究了PAN基碳纤维掺量对混凝土力学性能、耐磨性能、抗冻性能等的影响。结果表明，PAN基碳纤维的添加加速了水化反应的进行，减少了混凝土结构中的孔隙数量，提高了混凝土的密实度。复合混凝土的抗压强度和抗折强度随PAN基碳纤维掺杂量的增大而先增大后减小，养护28 d,当PAN基碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时，抗压强度和抗折强度达到最大值，分别为50.73和5.58 MPa,这是由于PAN基碳纤维的添加使砂浆与集料之间的结合强度增加所致。养护28 d,当PAN基碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时，复合混凝土的单位面积磨损量最小为0.95 kg/m²,单位面积磨损量降低率最大为55.81%,冻融循环100次时质量损失率最低为1.14%,相对动弹性模量最高达95.03%,复合混凝土的氯离子扩散系数最低为8.1×10^-8 cm/s,具有优异的抗冻性能和抗氯离子侵蚀能力。     

聚丙烯纤维改性多孔生态混凝土的制备及性能研究

以玄武岩碎石为天然粗骨料,废弃混凝土为再生粗骨料,聚丙烯纤维为增强相,制备了不同聚丙烯纤维掺杂量的多孔生态混凝土,探究了聚丙烯纤维的掺杂量对多孔生态混凝土的物理性能、微观形貌、力学性能及抗冻性能的影响。结果表明,多孔生态混凝土的透水系数和孔隙率呈现出正向线性关系,随着聚丙烯纤维掺杂量的增大,混凝土的透水系数和孔隙率持续降低;适量聚丙烯纤维的掺杂能够在多孔生态混凝土中形成均匀致密的网格结构,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的致密度最高。随着聚丙烯纤维掺杂量的增大,混凝土的抗折强度先增大后降低,抗压强度先快速增大后缓慢增大。在28 d龄期下,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的抗折强度达到最大值4.68 MPa,对应的抗压强度为14.68 MPa。经历100次冻融循环后,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的质量损失率最低为2.17%,相对动弹性模量最高为84.81%,抗冻性能最佳。因此,聚丙烯纤维的最佳掺杂量为3%(体积分数)。     

氧化石墨烯改性地聚物再生混凝土的抗硫酸溶蚀性能研究

以地聚物再生混凝土为基体，将混凝土浸泡于pH=1.0的硫酸溶液中48 d,以其表观损伤、抗压强度、质量损失、中和深度作为耐硫酸性能指标，研究不同掺量的氧化石墨烯(0.01%,0.03%,0.05%,均为质量分数，下同)对混凝土抗硫酸溶蚀性能的影响。此外，通过SEM、XRD、FTIR对氧化石墨烯的改性效果进行微观分析。结果表明：掺入少量的氧化石墨烯可显著提高混凝土的抗硫酸性能，但随着掺量的增加改性效果逐渐减弱。改性后混凝土的抗压强度分别提高56.0%、17.0%、6.0%,且经硫酸溶蚀48 d后仍优于未改性混凝土。48 d后掺量为0.05%的混凝土出现最大的质量损失和中和深度，以及SEM图中较差的界面过渡区和较多松散的腐蚀产物代表其改性效果最差。综合宏观表现、XRD和FTIR分析，确定氧化石墨烯掺量为0.01%时地聚物再生混凝土具有最佳的抗硫酸溶蚀性能。     

纳米碳纤维增韧水泥基复合材料的力学性能和耐久性能研究

以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料,不同掺杂量(0,0.4%,0.8%和1.2%(质量分数))的纳米碳纤维为增强相,制备了纳米碳纤维增韧水泥基复合材料,研究了纳米碳纤维的掺杂量对水泥基复合材料晶体结构、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂在水泥基复合材料中未出现新的水化产物,但加速了水化反应的进行;纳米碳纤维的“连接”作用使水泥基复合材料的孔结构变得致密,裂纹和孔隙减少;随着纳米碳纤维掺杂量的增加,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度先增大后减小,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料28 d的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为82.4和13.1MPa;采用单面盐冻法对水泥基复合材料进行抗冻性能测试,发现纳米碳纤维的掺杂改善了水泥基复合材料的抗冻性能,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料在28次冻融循环后单位面积质量损失量最小为0.114 kg/m²。综合力学性能和耐久性能分析可知,纳米碳纤维的最佳掺量为0.8%(质量分数)。     

碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土力学性能研究

碳纳米管-碳纤维复合增强体(CNTs-CF)是一种在碳纤维(CF)表面引入碳纳米管(CNTs)构筑而成的新型纤维材料。按照利用CNTs-CF作为跨尺度增强组分对混凝土进行改性的思路，制备出五种CNTs-CF体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)的碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土(CCMC),测试了CCMC的抗压强度、抗折强度、折压比(抗折强度与抗压强度的比值)及破坏形态等性能指标，进而结合扫描电镜(SEM)图像，分析了CNTs-CF对混凝土基本力学性能的增效机理。结果表明：掺加适量的CNTs-CF有利于混凝土抗压强度和抗折强度的提升，并且CNTs-CF在混凝土基体中的体积掺量存在相对最佳值。与未配置CNTs-CF的普通混凝土相比，当CNTs-CF体积掺量为0.3%时，CCMC的抗压强度提高了8.79%,抗折强度提高了27.76%。在本试验的纤维掺量范围内，CCMC的折压比随CNTs-CF体积掺量的增加呈现出递增趋势，提高幅度为8.47%～19.16%。掺入CNTs-CF后，混凝土的脆性破坏特征有所减弱，在受荷失效时，其仍可保持较好的完整性，坏而不散、裂而不断。CNTs-...     

PVA及玄武岩纤维对水泥基复合材料力学性能的影响

在水泥基复合材料中掺入适量纤维可显著改善其物理力学性能,但有机-无机混杂纤维对水泥材料性能的影响目前研究不多。进行了单掺PVA纤维、单掺玄武岩纤维以及复掺两种纤维的水泥基复合材料力学性能实验。结果表明,单掺1.6%(体积分数)的短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低7%、抗压强度提升31%、折压比降低24%;单掺0.3%(体积分数)的短玄武岩纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低8%、抗压强度提升15.7%、折压比降低20%;掺0.3%(体积分数)短玄武岩纤维和0.5%(体积分数)短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度几乎无影响,抗压强度显著提升,折压比相对减少,其综合性能最优。     

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。      

丁苯胶乳改性水泥混凝土的力学性能及耐久性实验分析

目前聚合物水泥混凝土已成为高性能混凝土研究的一个重要组成部分。中实验采用了一种聚合物乳液(丁苯胶乳)对高性能混凝土进行改性处理,研究不同丁苯胶乳掺加量对水泥混凝土基本力学性能、韧性、自收缩性能及抗氯离子渗透性能的影响。实验结果表明,丁苯胶乳改性水泥混凝土的抗压强度随着丁苯胶乳掺加量的增加有所降低;而丁苯胶乳的加入,对混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度及韧性有较大提高,且掺量为15%的增强效果最明显,劈裂抗拉强度和抗折强度的提升幅度分别达到17.4%和23.8%,;掺量为10%的情况下韧度指数最高,增加幅度达到71.1%;丁苯胶乳改性混凝土浇注24 h后的总收缩值,随着丁苯胶乳掺量的增加而逐渐减少,掺量为15%情况下的总收缩值降幅高达35%;同时,改性后水泥混凝土的抗氯离子扩散能力有所提高,抗渗性能也得到改善。     

氧化石墨烯对水泥基自流平砂浆性能的影响

通过氧化和超声波分散制备了浓度为7. 4 g/L的氧化石墨烯(GO)分散液,研究了不同GO掺量条件下硅酸盐体系自流平砂浆及其硬化体的流动度、凝结时间、力学性能和耐久性能,并借助XRD、SEM和MIP等手段分析其改性机理。实验得出GO的最佳掺量是0. 04%(质量分数)。在该掺量下,相比未掺GO的空白样,水泥基自流平砂浆的流动度与凝结时间稍有降低,28 d抗折、抗压强度和耐磨性能分别提高38. 9%、27. 7%和48. 8%。28 d试样的氯离子渗透性能较空白样降低了98. 5%。微观测试结果表明,氧化石墨烯能够促进硅酸盐水泥的水化进程,调控水泥水化产物的微观结构,从而提高水泥基自流平材料的力学性能和耐久性能等。     

不同冻融介质作用下混凝土力学性能衰减模型

通过快速冻融试验,研究了三种不同冻融介质(水、3.5wt%NaCl、飞机除冰液)对混凝土质量损失、动弹模量以及力学性能的影响,比较了三种冻融介质对混凝土损伤程度的大小,分析了混凝土相对动弹性模量与相对剩余抗压强度和相对剩余抗折强度之间的关系,基于相对动弹性模量建立了相对剩余抗压强度和相对剩余抗折强度衰减方程。结果表明:3.5wt%NaCl溶液对混凝土的损伤度要远大于单纯水冻融循环对混凝土的损伤度,飞机除冰液对混凝土冻融损伤具有抑制作用;混凝土抗压、抗折强度以及相对动弹性模量随着冻融循环次数的增加而降低;三种冻融介质下混凝土抗压、抗折强度损失率大小关系为:3.5wt%NaCl水飞机除冰液;相对动弹性模量与相对剩余抗压强度、相对剩余抗折强度相关性好,可以通过测定混凝土相对动弹性模量来评估混凝土相对剩余强度。     

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。     

基于高岭土增韧环氧树脂水泥基材料的多强度组合指标配比优化法

煅烧高岭土能有效改善环氧树脂水泥基材料的力学性能,实验表明：煅烧高岭土可大大提高环氧树脂水泥基材料的3 d早期抗折、抗压强度,当高岭土掺量为30%时,改性环氧树脂水泥基材料的抗折及抗压强度分别提高了134.28%、106.25%;当高岭土掺量小于30%时,改性环氧树脂水泥基材料具有二次抗折强度,且抗折强度残余率大于50%。根据不同高岭土掺量对改性环氧树脂水泥基材料抗压强度、抗折强度、二次抗折强度的影响规律,提出了适用于不同结构工程受力特点的多强度组合指标配比优化法,获得了考虑二次抗拉强度影响的不同最大拉应力和最大压应力组合条件下最优的高岭土配比,为实际不同结构体不同部位不同受力特征的高岭土改性环氧树脂水泥基材料制备提供了理论依据。     

纳米TiO2改性水泥基混凝土复合材料的制备及性能研究

以纳米TiO₂为填料,通过调整纳米TiO₂的掺杂比例(0,2%,4%和6%)(质量分数),制备出了不同掺量的纳米TiO₂改性水泥基混凝土复合材料,对混凝土复合材料的力学性能、微观形貌和耐久性能等进行了分析。结果表明,随着纳米TiO₂掺杂含量的增加,混凝土复合材料的抗压强度和抗折强度均呈现出先升高后降低的趋势,孔隙率和磨损量表现出先降低后略微升高的趋势。当纳米TiO₂的掺杂含量为4%(质量分数)时,28 d抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为42.57和5.62 MPa,孔隙率最低为9.57%,磨损量最少为1.81 kg/m²,磨损降低率最大为42.54%。抗盐冻性测试表明,在经过7次冻融循环后,随着纳米TiO₂掺杂含量的增加,次冻融循环后的质量损失率持续降低,抗盐冻性能得到显著改善。SEM分析可知,掺入适量纳米TiO₂后,钙矾石的形貌有从针状向扁圆形转变的趋势,促进了凝胶的形成,提升了整体结构的致密性,从而提高...     

微胶囊-玄武岩纤维/水泥复合材料的力学性能

以水泥、玄武岩纤维和脲醛/环氧树脂微胶囊为主要材料,制备水泥基复合材料标准试样,研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期对复合材料抗折强度和抗压强度的影响,利用正交实验确定微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料力学性能的最优配比。实验结果表明：抗折强度随着纤维掺量的增加而增加,抗压强度随着纤维掺量增加而减小;随着纤维长度的增加,抗折强度略有增加,抗压强度略有降低;抗折强度随着微胶囊质量分数的增加呈现出先增加后减小的趋势,而抗压强度则呈现下降趋势;抗折强度与抗压强度随养护龄期的增加而呈增加的趋势;材料经损伤后修复,抗折强度修复率为117%,恢复率为103%,抗压强度修复率为71%,恢复率为97%。