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。     

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)。     

碳纳米管改性水泥基注浆材料的制备及性能研究

碳纳米管具有大的比表面积和优异的力学性能,是水泥基注浆材料的优异填料。以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料,多壁碳纳米管为填料,制备了不同碳纳米管掺杂量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))的改性水泥基注浆材料,研究了注浆材料的晶体结构、微观形貌、力学性能和碳化性能。结果表明,掺入碳纳米管后,加速了水化反应,但没有新物质产生,碳纳米管呈短杆状与长杆状均匀分布于水泥基体间,形成“桥联作用”,提高了水泥基体之间的结合力,改善了注浆材料的强度和韧性;随着碳纳米管掺杂量的增加,注浆材料的抗压强度和抗折强度均表现出先升高后轻微降低的趋势,而碳化深度呈现出先降低后升高的趋势;当碳纳米管掺杂量为0.6%(质量分数)时,注浆材料7和28 d的抗压强度达到最大值89.95和97.42 MPa,抗折强度也达到最大值10.92和15.82 MPa,而碳化深度则达到了最低值14.54和26.47 mm。综合分析可知,碳纳米管的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。     

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)。     

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。     

氧化石墨烯调控水泥基材料形成大规模规整结构及其性能表征

将制备的GO与减水剂和拌合水超声处理后用于制备水泥基复合材料,研究结果表明,GO纳米片层在水泥基体中达到了均匀分散,水泥水化产物成为了规整形状的多面体状水化晶体,通过其交织交联形成了大规模规整致密的微观结构。当GO掺量为0.03%时,尺寸为30~190nm GO的水泥基复合材料28d时的抗压强度和抗折强度比对照样品分别提高了78.8%和112.7%,尺寸为110~410nm GO的水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度分别提高了72.3%和93.9%,水泥基复合材料的耐久性显著提高。同时提出了水泥基复合材料微观结构形成机理。     

具有大规模规整致密花状微观结构形貌高/超高性能氧化石墨烯/水泥基复合材料

通过掺入氧化石墨烯(GO)及调控水灰比制备了高性能及超高性能水泥基复合材料,当水灰比为0.26及GO掺量为0.03%和0.05%时,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度分别为125.6 MPa、146.7 MPa和15.6 MPa、18.3 MPa。当水灰比为0.18及GO掺量为0.03%和0.05%时,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度分别为168.6 MPa、181.3 MPa和26.9 MPa、29.4MPa。水泥基复合材料的抗渗透、抗冻融、抗碳化等性能得到了显著提高。通过SEM观察水泥基体的微观形貌,发现水泥水化产物成为了形状规整的水化晶体,并且交织交联成为规整致密的花状微观形貌。XRD结果表明,规整形状水化晶体是由多种水泥水化晶体复合杂化形成的复合晶体。     

细菌纤维素增强水泥复合材料的制备及性能

对细菌纤维素增强水泥复合材料进行研究,探讨细菌纤维素含量、长度对水泥基复合材料抗折、抗压强度的影响以及细菌纤维素对水泥凝结时间和水化过程的影响。结果表明:细菌纤维素的加入能明显改善水泥基复合材料力学性能,细菌纤维素质量分数为0.02%是实验最佳掺量,材料抗折、抗压强度分别提高了20%和8%;过长细菌纤维素将导致分散不均,使浆体结构疏松;细菌纤维素对水泥浆体pH值和凝结时间无明显影响;细菌纤维素促进水化过程中CaO-SiO2-H2O凝胶生成。     

用于电磁波吸收的碳纳米管水泥基复合材料

采用弓形法对多壁碳纳米管(MWCNTs)水泥基复合材料的吸波性能进行了实验研究。结果表明,当MWCNTs掺量为0.6%(质量分数)时,厚度为25mm的试样在2.9GHz处获得最强吸收峰值-28dB,并能够在2～8GHz范围内对出现在吸收峰值附近的电磁波进行充分吸收;厚度为35mm的试样在8～18GHz表现出良好的宽频吸波性能。当MWCNTs掺量为0.9%(质量分数)时,水泥基复合材料在8～18GHz低于-10dB的带宽达到7.1GHz。力学强度测试结果表明MWCNTs在一定掺量范围内改善了水泥基材料的力学强度,但掺量的继续增大会导致力学强度的下降。MWCNTs掺量为0.9%(质量分数)的水泥砂浆抗压强度为60.2MPa,抗折强度为10.2MPa,虽然较空白试样有所下降,但仍有较高的力学强度。     

短碳纤维的分散性对CFRC力学性能的影响

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)是一种新型建筑智能材料,碳纤维在水泥基体中的分散性直接影响着它的力学性能.借助超声波和甲基纤维素(MC)分散剂,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;测试了试件的抗压强度、抗拉强度和抗折强度.结果发现,碳纤维均匀分散时,复合材料的抗压强度提高19%,抗拉强度比不加碳纤维时提高2.2倍,弹性模量提高1.4倍.此外,复合材料的抗弯强度、抗折强度均高于未均匀分散时的强度.     

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。     

氧化石墨烯增强水泥基复合材料的力学性能及微观结构

本文采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）悬浮液,通过FTIR、XRD和AFM等测试技术对GO晶体结构和尺寸形态进行了表征,考察了GO掺量和水灰比的变化对GO增强水泥基复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明：GO增强水泥基复合材料抗折抗压强度随GO掺量增加而先提高后降低,且对于抗折强度增强效果远超过抗压强度,当GO掺量为0.03%时,抗折强度达到最大值13.72 MPa;高水灰比条件下掺入GO对水泥胶砂强度的提高更显著;通过SEM对GO增强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,细化晶体尺寸,形成更加致密均匀的网络结构,从而改善水泥基复合材料的宏观性能。     

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%。     

冲击荷载下高韧性水泥基复合材料动态力学特性与微结构演化研究

为提升水泥基材料静态力学性能、抗冲击特性及为减少温室气体排放而降低水泥用量,以硅粉为矿物掺合料(掺量为10%,质量比)、钢纤维为功能组分(掺量为2%,体积比),并匹配高效减水剂(掺量为1.5%～2.0%,质量比)制备高韧性水泥基复合材料,通过准静态抗压/抗折强度、分离式霍普金森压杆试验和采用水化微量热仪、热重分析仪,分别研究了高韧性水泥基复合材料准静态/动态力学特性及其微结构演变特征。结果表明：冲击荷载下(冲击速率为0.5 MPa/s)水泥基材料典型破坏过程分为三阶段,高韧性水泥基复合材料受作用后仅出现局部浆体剥落、飞散现象,而基准组体系均发生显著破坏直至整体破碎;硅粉在10%掺量下有效提升了水泥基复合材料体系早期和后期的准静态力学性能,1 d天龄期下抗压强度和抗折强度最高可达61.4 MPa、23.9 MPa,也显著提升了动态抗压强度至123.3 MPa(28 d天龄期)。微结构演变结果表明：硅粉和减水剂复合作用下浆体水化放热速率主峰提前,且主要水化产物——氢氧化钙含量减少,降低了浆体内部氢氧化钙分布的取向性,有助于改善浆体微结构。     

碳纤维建筑节能保温砂浆的制备及其性能研究

为了获得优异保温性能和高强度的节能保温砂浆，以普通硅酸盐水泥P.O 42.5作为基质材料，通过在砂浆中添加适量的碳纤维作为增强材料，以此制备了碳纤维建筑节能保温砂浆，研究了碳纤维的掺杂量对保温砂浆的力学性能、收缩率及保温性能的影响，并建立了保温砂浆导热系数和表观密度的关系式。结果表明，随着碳纤维掺杂量的增大，保温砂浆的表观密度先降低后轻微升高，稠度、抗压强度和抗折强度均先升高后降低。在28 d龄期，当碳纤维的掺杂量为0.5%(质量分数)时，保温砂浆中网状结构的致密性最好，抗压强度和抗折强度均达到最大值，分别为46.1和6.8 MPa,其中抗折强度提高了23.64%,改善效果高于抗压强度。随着碳纤维掺杂量的增大，保温砂浆的收缩率持续降低，导热系数先降低后增大，当碳纤维的掺杂量为0.5%(质量分数)时，保温砂浆的导热系数达到最低值为0.0583 W/(m·K),保温性能最佳。通过拟合保温砂浆的导热系数和表观密度发现两者为线性相关，方程的拟合度为98.4%。综合可知，碳纤维的最佳掺杂量为0.5%(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。     

气相生长碳纤维增强水泥基复合材料的制备及性能

研究了脱油沥青(De-oiled asphalt)基气相生长碳纤维(VGCFs)增强水泥基复合材料的制备方法及其性能。以脱油沥青作原料,采用化学气相沉积法(CVD)制备出气相生长碳纤维,以此纤维制备水泥基功能复合材料。结果表明:低含量VGCFs的碳纤维增强水泥基复合材料具有良好的抗压强度和导电性能,在VGCFs的掺量由0增至0.6 %范围内,随着VGCFs掺量的增加,碳纤维增强水泥基复合材料的电阻率下降,抗压强度提高。当VGCFs为0.4 %时,VGCFs水泥基复合材料电阻率降低2个数量级,从3.25 ×105 Ω·cm 降为1.49 ×103 Ω· cm ,抗压强度提高28.8 %,为最佳掺量。      

碳纤维改性环氧树脂基复合材料的制备及性能研究

以环氧树脂E51为基础材料,碳纤维为增强材料,制备出了不同碳纤维掺杂量(0,3%,6%,9%(质量分数))的改性环氧树脂基复合材料,研究了碳纤维掺杂量对环氧树脂基复合材料力学性能、微观形貌、热稳定性和导热性能的影响。结果表明,适量碳纤维的掺杂提高了环氧树脂基复合材料的力学性能、热稳定性和导热性能。随着碳纤维掺杂量的增加,改性环氧树脂基复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均先增大后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均达到了最大值,分别为48.5 MPa, 1.86%,85.6 MPa和3.09 GPa。随着碳纤维掺杂量的增加,复合材料的分解温度和残留量先升高后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的分解温度和残留量达到最大,分别为453.7℃和4.9%。复合材料的导热系数随碳纤维掺杂量的增加而增大,当碳纤维的掺杂量<6%时,导热系数增长速率较快。综合分析可知,碳纤维的最佳掺杂量为6%。     

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...     

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。