高性能水泥基复合材料研究综述

本文以国内外大量学者的研究成果为基础,对高性能水泥基复合材料性能的主要影响因素,进行了归纳总结。结果发现,水胶比、胶凝材料用量、矿物掺合料以及纤维掺量等影响因素与高性能水泥基复合材料性能的有很大关系,同时通过本文的总结,也为后期高性能水泥基复合材料的进一步发展提供了很好的参考。     

碳纳米管/水泥基复合材料导电性与力敏特性研究

为改善水泥基复合材料的导电性,通过添加一定掺量的碳纳米管,制备了碳纳米管/水泥基复合材料。采用四电极伏安法和扫描电子显微镜的测试方法研究了碳纳米管的掺量对碳纳米管/水泥基复合材料的导电性和力敏特性的影响。试验结果表明,0.05%~0.5%的碳纳米管掺量处于渗流区内,此时试件的电阻率随碳纳米管掺量的增加而降低;在循环轴压应力作用下,试件的电阻率随应力的增大而减小,随应力的减小而增大,且变化曲线呈可回复近似单调的变化规律,同时试件的电阻相对变化率以及力敏灵敏度随碳纳米管掺量的增加而增大,显示出良好的力敏特性。这表明碳纳米管/水泥基复合材料的导电性与其受载过程有着密切的关联性,从而有望用于混凝土内部应力及损伤的监测。     

炭纤维增强水泥基复合材料的导电性研究

通过向水泥基材料中添加炭纤维制备炭纤维增强水泥基复合材料(CFRC),研究了炭纤维掺量、硅粉掺量、养护龄期等因素对其导电性能的影响。结果表明,CFRC复合材料的电阻率随着炭纤维掺量的增加而减小;掺入10%的硅粉能够显著降低CFRC复合材料的电阻率;CFRC复合材料中的炭纤维掺量低于0.6%时,电阻率随着养护龄期的延长而迅速增大,炭纤维掺量高于0.6%时电阻率增加不明显。     

碳纳米管水泥基复合材料耐久性及力学性能研究

为解决复杂环境下混凝土材料的耐久性以及力学性能等问题,以纳米材料作为水泥基材料的增强组份,添加碳纳米管(CNTs)制备了一种碳纳米管水泥基复合材料。研究了该水泥基复合材料的力学性能、流变性能,采用氯离子渗透深度来对该水泥基复合材料的耐久性能进行了评价。通过测试分析了不同碳纳米管掺量的水泥基复合材料的力学性能和耐久性,并通过SEM(扫描电镜)分析了碳纳米管水泥基复合材料的微观结构。结果表明CNTs能显著提高水泥基材料的力学性能以及耐久性,改善水泥基材料孔结构,同时能提高水泥基材料的抗氯离子渗透性能。     

湿度和温度对MXene水泥基复合材料导电性能的影响

为研究新型水泥基材料本征传感器，本文制备了二维过渡金属碳/氮化物(MXene)水泥基复合材料。利用四电极法测试复合材料的电阻率变化，研究MXene掺量、湿度、温度对电阻率的影响，并通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的微观形貌。结果表明：MXene水泥基复合材料电阻率随MXene掺量的变化符合渗流理论，相对含水量的增加和环境温度的升高均会降低其电阻率，在多次升降温循环后复合材料仍具有良好的温敏性能。SEM测试表明MXene水泥基复合材料的电阻率主要由MXene导电网络的分布和接触情况决定。     

纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗裂性能研究

采用两种纳米粒子(纳米SiO2和纳米CaCO3),通过水泥基复合材料抗裂性能试验,探讨了PVA纤维和纳米粒子单掺和复掺两种情况下PVA纤维用量、纳米材料种类和用量对水泥基复合材料抗裂性能的影响.研究结果表明,在PVA纤维增强水泥基复合材料中掺入纳米SiO2,可以显著提高水泥基复合材料抗裂性能,而且在本文试验纳米粒子掺量范围内,水泥基复合材料抗裂性能随着纳米SiO2掺量的增加不断增强;在纳米SiO2水泥基复合材料中掺入PVA纤维,可以提高水泥基复合材料的抗裂性能,当纤维体积掺量不大于1.2%时,PVA纤维体积掺量较大的纳米水泥基复合材料具有较高的抗裂性能;纳米CaCO3与纳米SiO2均能增强水泥基复合材料的抗裂性能,纳米SiO2的增强效果略优于纳米CaCO3.     

石墨烯在水泥基材料中的作用机制研究综述

石墨烯具有优异的力学强度、阻隔性以及超大比表面积,通过对其进行物理或化学分散处理,能够制备高性能石墨烯水泥基复合材料。石墨烯通过调控水泥水化反应、改善孔隙结构以及界面结合等方式,可以改善水泥基材料的力学强度和耐久性能,在水泥基复合材料领域展现出巨大的应用潜力。本文综述了石墨烯水泥基复合材料的研究进展,总结了石墨烯在水泥基复合材料中的分散工艺和应用效果。同时,讨论了石墨烯的作用机理,并展望了石墨烯水泥基复合材料的发展趋势。     

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料轴压徐变性能研究

通过自制加载装置,研究了聚乙烯醇纤维(PVA)增强水泥基复合材料在轴向压应力作用下的徐变性能.研究参数包括水胶比和纤维掺量.研究结果表明:纤维掺入会降低水泥基复合材料抵抗徐变的能力,相对于未掺纤维的水泥基复合材料,纤维掺量为1％时其120 d徐变增加了19.4％;适当的水胶比有利于胶凝材料充分反应,增加对PVA水泥基复合材料对徐变的抑制作用,当水胶比超过0.3时PVA水泥基复合材料的力学性能会出现一定程度的降低,且120 d徐变会呈现快速增加.基于分数阶导数理论,采用Abel粘壶替代标准线性固体模型中的牛顿粘壶,推导出用于描述水泥基复合材料的徐变模型,并利用该徐变模型对试验数据进行分析.结果表明,含Abel粘壶的徐变模型与试验数据吻合良好且稳定性较高.     

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料研究进展及应用

高性能PVA(聚乙烯醇)纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)是一种具有应变硬化、多缝开裂能力和高能量吸收能力的超高韧性纤维增强水泥基复合材料。文中阐述了高性能PVA纤维增强水泥基复合材料的研究背景、进展以及基本性能。得出:与普通水泥基复合材料相比,PVA-ECC的抗弯抗拉以及抗压性能均有所提高,同时具有良好的延性和耐久性。目前,PVA纤维增强水泥基复合材料已成功应用于实际工程中。     

碳纳米管水泥基复合材料的力学性能和抗冻性能研究

作为新型纳米材料,碳纳米管(MWCNTs)已经应用于水泥基材料中用以改善水泥基材料性能.本文采用十六烷基三甲基溴化铵作为分散剂将碳纳米管均匀分散于水泥材料中制备成碳纳米管水泥基复合材料,并细致研究了其力学性能和抗冻性能.结果表明碳纳米管的加入能够有效的增加水泥基材料的力学性能和抗冻性能.当碳纳米管的掺量为0.1％时,碳纳米管水泥基复合材料的力学性能达到最大,其抗折强度和抗压强度分别为17.5MPa和92.3 MPa.在300次冻融循环过程中,碳纳米管水泥基复合材料的质量损失率和动弹模量变化率偏低,表明碳纳米管水泥基复合材料的抗冻性得到了增强.SEM微观分析表明,碳纳米管在水泥基材料中起到了桥联和拔出效应,能够有效的延缓和阻止水泥基材料受到外界的破坏.     

EPS颗粒对超轻水泥基复合保温材料性能的影响

聚苯乙烯泡沫塑料颗粒(EPS颗粒)作为水泥基复合保温材料的超轻骨料,对水泥基复合保温材料力学性能、热工性能影响显著。以水泥为胶凝材料,EPS颗粒、混合材、泡沫剂和改性剂、水等为主要原料,采用物理发泡工艺制备干表观密度不大于120 kg/m³的超轻水泥基复合保温材料(UCIM)。通过设计不同体积掺量的EPS颗粒,分析EPS颗粒掺量对泡沫混凝土基体孔结构、超轻水泥基复合保温材料强度和热工性能的影响规律。结果表明,适宜掺量EPS颗粒可显著提高超轻水泥基复合保温材料抗压强度和抗拉强度,并确保超轻水泥基复合保温材料具有良好的热工性能,即通过EPS颗粒与泡沫混凝土基体的协同作用,协调力学性能和热工性能,制备出高性能超轻水泥基复合保温材料。     

秸秆纤维增强水泥基复合材料研究现状

阐述了国内外秸秆纤维水泥基增强复合材料的研究现状,从生产技术、制备工艺、配合比设计等方面出发,重点介绍了各种秸秆纤维材料对水泥基增强复合材料性能的影响。秸秆纤维水泥基复合材料原料丰富,绿色环保,具备优良的保温隔热、抗冲击能力以及社会经济效益。研究不同秸秆纤维的性能、寻求秸秆纤维水泥基增强复合材料的可持续发展道路具有重要意义。     

纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗渗性能研究

为研究PVA纤维掺量、纳米粒子掺量和种类对水泥基复合材料抗渗性能的影响,通过抗渗性试验测得了各组抗渗试件的渗水高度。纳米粒子的质量掺量分别为0.5%,1%,1.5%,2%,2.5%,PVA纤维的体积掺量分别为0.3%,0.6%,0.9%,1.2%,采用的纳米粒子包括纳米Si O2和纳米Ca CO3。研究结果表明,纳米Si O2可以显著提高PVA纤维增强水泥基复合材料抗渗性能,而且在纳米Si O2掺量低于2.5%的范围内,抗渗性能随着纳米Si O2掺量的增加不断增强;PVA纤维可明显提高纳米水泥基复合材料的抗渗性能,当纤维体积掺量不大于1.2%时,纤维体积掺量较大的纳米水泥基复合材料具有较高的抗渗性能;纳米Ca CO3与纳米Si O2均能提高水泥基复合材料的抗渗性能,纳米Si O2的提高效果略优于纳米Ca CO3。     

不同分散剂对复掺GO/CNFs水泥基复合材料力学和导电性能的影响

新型碳纳米材料氧化石墨烯(GO)和纳米碳纤维(CNFs)在分散性良好的前提下可用于改善传统水泥基材料的性能。采用聚羧酸减水剂(PCs)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)3种不同分散剂对复合GO和CNFs在水泥基材料中进行分散,研究分散剂种类对复掺GO/CNFs水泥基复合材料的力学及导电性能的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)对不同分散剂制备的复掺GO/CNFs水泥基试件的微观结构进行分析。结果表明:当单独使用PCs作为分散剂时,在质量分数0.05%GO和0.5%CNFs掺量下,试件的抗压强度达到最大(70.1 MPa);在0.05%GO和0.3%CNFs掺量下,试件的电阻率最小(112.65 Ω·m),且在加载条件下表现出良好的电阻率-应力变化响应。而采用SDS、SDBS两种离子型分散剂时,在GO/CNFs混合分散液的配制和试件制备过程中均会产生大量绵密且难以排出的气泡,使得水泥基复合材料的内部结构疏松,抗压强度降低,电阻率变大,导电性能下降。使用PCs单独分散的GO/CNFs水泥基试件表面水化产物结构致密,而采用SDS分散时水泥基试件微观结构疏松,且仅在100倍下即可观察到表面存在大量孔隙,因此使用PCs分散GO/CNFs对水泥基复合材料性能改善的效果最好。     

玄武岩纤维及其增强水泥基复合材料研究进展

玄武岩纤维是一种新型无机绿色环保高性能纤维材料.综述了玄武岩纤维及其玄武岩纤维增强水泥基复合材料(basalt fiber reinforced cement-based composite)国内外最新研究进展,简要介绍了玄武岩纤维国内外研究进展,玄武岩纤维表面处理技术对界面性能的影响以及对提高复合材料整体性能的必要性,并重点介绍了玄武岩纤维增强水泥基复合材料力学性能研究和纤维增强机理以及玄武岩纤维水工混凝土及BFRP加固应用.最后对玄武岩纤维增强水泥基复合材料的发展研究方向进行了展望.     

掺纳米TiO2的水泥基复合材料的性能

用超声波分散的纳米TiO2与水泥复合制备具有介电特性和电磁波防护功能的水泥基复合材料.研究了掺纳米TiO2和普通TiO2的水泥基复合材料的导电性能、电磁性能和吸波性能,用电子探针、红外光谱等测试手段表征了纳米TiO2在水泥中的均匀性和稳定性.实验结果表明:纳米TiO2具有好的稳定性,掺5.0%(按质量计)纳米TiO2的水泥基复合材料的电导率达57.0×10-3S/cm,在12.5～18 GHz频率范围(KU波段)内具有较好的介电性能和吸波性能,其最小反射率为-16.34 dB,反射率小于-10dB的连续带宽达4.5 GHz.     

石粉含量对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土耐久性能的影响

在天然砂资源有限和环保大环境下，机制砂高性能混凝土已经普遍应用。笔者就机制砂中石粉含量对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土耐久性能影响进行研究，主要研究不同石粉含量对硫铝酸盐水泥基混凝土耐久性能（抗冻性和抗渗性等性能）的影响。研究表明：随着机制砂中石粉含量的增加，其硫铝酸盐水泥基高性能混凝土抗冻性能逐渐增强，且掺量越高增强越明显；其硫铝酸盐水泥基高性能混凝土抗渗性能逐渐提高，且掺量越高提高越明显。     

基于建筑施工造价管理的碳纤维复合材料开发与应用

基于建筑施工造价管理需要对建筑工程用碳纤维进行了表面改性处理,研究了碳纤维掺量和碳纤维长短对复合材料抗压强度和抗折强度的影响。结果表明,碳纤维与 SiO₂涂层改性碳纤维掺量对水泥基复合材料强度的影响趋势相同,即水泥基复合材料的抗折强度随着碳纤维掺量或者碳纤维长度增加逐渐增大,而抗压强度随碳纤维掺量增加先增大后减小,在碳纤维或 SiO₂涂层改性碳纤维掺量达到 0.6% 时取得抗压强度最大值。相同纤维掺量和相同纤维长度前提下,SiO₂涂层改性碳纤维对水泥基复合材料的改善效果优于未改性的碳纤维。涂层改性碳纤维和碳纤维增强水泥基复合材料的破坏机制都为纤维拔出破坏和断裂破坏,但是 SiO₂涂层改性碳纤维与基体的粘合力更强而造成拔出破坏更为显著。     

纳米粒子和石英砂对PVA纤维水泥基复合材料单轴拉伸性能的影响

为研究纳米粒子种类和掺量以及石英砂粒径对聚乙烯醇纤维(PVA纤维)水泥基复合材料单轴拉伸性能的影响,通过单轴拉伸试验测得了试件的极限拉应变和极限拉应力,并得到了试件应力-应变关系曲线.PVA纤维的体积掺量为0.9％,选择纳米SiO2质量掺量和石英砂粒径各四种.结果 表明,纳米SiO2的掺加对PVA纤维水泥基复合材料抗拉伸性能有一定的提高,随着纳米SiO2掺量从0％增大到2.5％,试件极限拉应变和极限拉应力整体上呈逐渐增大趋势.相对于纳米CaCO3,纳米SiO2对PVA纤维水泥基复合材料抗拉伸性能的增强效果更明显.石英砂的粒径对PVA纤维水泥基复合材料抗拉性能影响较大,石英砂的粒径越小,PVA纤维水泥基复合材料的极限拉应变和极限拉应力越低.     

高性能水泥基复合材料的研究与发展状况

高性能水泥基复合材料既是在近代科技成就的基石上发展起来的，又将在高新工程技术领域中开发应用。本文对近年来出现的几种高性能水泥基复合材料进行了初步综述。