聚合物水泥基复合材料及其防腐性能应用研究

本文对聚合物水泥基复合防腐材料的主要组分无机胶凝材料和聚合物乳胶的常用类型进行了分类介绍,简述了其防腐机理,并对该类材料的一些应用和研究进行了综述。     

低温循环载荷对碳纤维增强硫铝酸盐水泥基复合材料热电性能的影响研究

将膨胀石墨和碳纤维加入到硫铝酸盐水泥基体当中,通过干压成型法制备出具有热电性能的水泥基复合材料.通过对水泥样品施加低温循环载荷(室温 ～-40℃ ～室温),测试了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的热电性能变化,研究和分析了不同循环次数下低温载荷作用对CFRC热电性能的影响,发现样品的电导率从2.16×10-3 S/cm减小到1.11×10-3 S/cm,Seebeck系数绝对值从33.3μV/℃减小到了8.67μV/℃,ZT值从7.51×10-8减小到了0.40×10-8.通过分析和计算样品活化能和载流子浓度,借助SEM图谱,发现由于低温载荷作用所产生的内应力使得材料内部产生更多的微裂纹,阻碍了电荷的传导,降低了材料电导率.此外,由于测量过程中样品要承受高温载荷,所以样品含水率会发生变化,从而使得材料Seebeck系数绝对值也有所减小,最终降低了CFRC的热电性能.     

石墨-水泥基复合材料的制备与性能

为提高水泥基材料的抗电磁干扰性能,制备了石墨-水泥基复合材料,测试了材料的电阻率、电磁屏蔽效能和力学性能.结果表明:对石墨-水泥基复合材料,在一定范围内,随掺入的石墨质量分数(下同)的增加,材料电阻率呈下降趋势.石墨掺入量为5%～10%时复合材料电阻率下降非常明显,超过15%以后,电阻率变化已不太明显;随着石墨掺量的增加,复合材料的电磁屏蔽效能也逐渐增大,石墨掺入量为15%时达到最大值,而抗折强度及抗压强度则随着石墨掺入量的增加有所下降.     

二氧化锡基热电陶瓷的制备及性能

以Sn O2和Ba CO3为主要原料,以Na2CO3、Y2O3以及Sb2O3为外加剂,采用热压烧结方法制备了二氧化锡基热电陶瓷样品。探讨了不同添加剂对二氧化锡基热电陶瓷样品热性能的影响规律。结果表明:当热压烧结温度为1400℃,实验制备的二氧化锡基热电陶瓷样品的性能最好,其电导率为193.2Ω-1·cm-1,电阻率为0.042Ω·m,seebeck系数为-185.6μV/K,热导率为5.1 W/(m·K)。     

纤维和粉煤灰对改性橡胶粉水泥基复合材料性能的影响

采用不同的方法对废旧橡胶粉进行表面改性,将其按适宜比例掺入水泥砂浆,复掺一定量粉煤灰,并采用纤维进行增强,制备了性能优异的水泥基复合材料,探讨了界面改性剂在砂浆中的作用机理,分析了废胶粉改性工艺及废胶粉、粉煤灰和纤维掺量对砂浆性能的影响,提出了一种经橡胶、纤维和粉煤灰改性的水泥基复合材料的理论结构模型.结果表明,对废旧橡胶颗粒进行表面改性后,可以在一定程度上提高砂浆的力学性能,纤维、废胶粉及粉煤灰的复合作用使得砂浆的性能有较大地改善,尤其是水泥砂浆的韧性显著增加,干收缩程度减小.     

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。     

微细橡胶粉对油井水泥基复合材料性能的影响

为降低固井水泥石脆性,保持固井水泥环的完整性,解决油气井开采安全隐患.本文将微细橡胶粉添加到水泥基复合材料中.通过抗压强度和抗折强度变化规律,考察橡胶粉的最优掺量;通过三轴力学测试、渗透性实验,考察橡胶粉对水泥石复合材料变形能力的影响和抗渗性能影响;通过比表面积、粒度分布和微观形貌,表征橡胶粉特性,并对水泥石进行微观形貌分析,探讨其增韧降脆机理.结果发现,最优掺量为0.5％,在此掺量时水泥石弹性模量降低34.3％,孔隙度变小,抗渗性能提高,既能增强水泥石的塑性和弹性变形能力又使水泥石结构更为致密;橡胶粉比表面积0.4187 m2/g,平均粒度64.4865μm,与水泥石基体接触面积大;微细橡胶粉与水泥石基体粘结紧密,能吸收大量能量、填充水泥石孔隙,有效降低水泥石脆性.     

PVA纤维对水泥基复合材料流动性能及力学性能的影响

研究三种长径比及三种不同体积掺量的PVA纤维对水泥基复合材料流动性能和力学性能的影响。结果表明:随纤维体积掺量的增加,各组胶砂拌合物的调桌流动度数值均呈现出逐渐下降的变化趋势,在相同体积掺量下,直径31μm、长度6mm的纤维对拌合物流动性影响更显著一些;为使得胶砂拌合物具有较好的工作性,可振捣成型密实,将PVA纤维体积掺量控制在0.4%以内作为适宜的纤维体积掺量范围;随龄期的增长,三种规格纤维对水泥基复合材料的抗折强度、抗压强度均随纤维体积掺量的增加而增加,且PVA纤维对水泥基复合材料抗折强度的影响较其抗压强度显著,直径40μm、长度12mm的纤维较其他两种规格的纤维不仅能显著改善水泥基复合材料的早期强度,且对其后期强度的发展也很有利。     

SAP对高性能工程水泥基复合材料性能的影响

高收缩率是限制高性能工程水泥基复合材料(HP-ECC)大规模工程应用的瓶颈之一。本文通过引入超吸水性聚合物(SAP)来缓解HP-ECC的收缩,研究了不同掺量的SAP对HP-ECC抗压强度、抗折强度、拉伸性能、自收缩和干燥收缩性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了SAP对HP-ECC拉伸后纤维表面形貌变化的影响。结果表明,HP-ECC中掺入SAP后的抗压强度和抗折强度降低,自收缩和干燥收缩得到缓解,且自收缩和干燥收缩随SAP掺量的增加而降低。此外,HP-ECC的拉伸强度降低,拉伸延伸率提高。SAP的引入降低了基体的断裂韧度,使基体更容易形成微裂缝,从而改善了HP-ECC的应变硬化行为和多缝开裂现象。随着SAP掺量的增加,纤维从基体中拔出时的表面形貌越来越光滑,纤维-基体界面黏结性能降低。     

聚乙烯醇对水泥基复合材料的性能研究

本文主要研究了加入不同份数的聚乙烯醇对水泥基复合材料体积电阻率、力学性能和耐久性能的影响。     

胺功能化氧化石墨烯对水泥基复合材料性能的影响

氧化石墨烯（GO）在水泥浆料中的团聚会影响其对水泥复合材料的力学增强作用。为了解决氧化石墨烯在水泥浆料中的分散性问题,用三乙醇胺（TEOA）通过化学法对氧化石墨烯进行胺功能化（TEOA-GO）,并制备了氧化石墨烯水泥基复合材料（GO/C）和胺功能化氧化石墨烯水泥基复合材料（TEOA-GO/C）。分别采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）等手段对样品结构进行表征。结果表明：与氧化石墨烯相比,胺功能化氧化石墨烯在氢氧化钙溶液中的分散性更好;水泥基复合材料的力学性能测定结果显示,当掺杂0.03%（质量分数）的胺功能化氧化石墨烯时,水泥基复合材料28 d抗折强度最大为7.96 MPa,相较于空白样和氧化石墨烯水泥基复合材料分别提高了15.3%和5.43%;当掺杂0.05%（质量分数）胺功能化氧化石墨烯时,水泥基复合材料28 d抗压强度最大为74.14 MPa,相较于空白样和氧化石墨烯水泥基复合材料分别提高了40.68%和11.99%;扫描电镜表征结果进一步表明,加入胺功能化氧化石墨烯,有利于提高水泥的水化程度,阻碍裂缝的扩展,提高水泥的力学性能。     

粉煤灰对应变硬化水泥基复合材料轴拉性能的影响

应变硬化水泥基复合材料（SHCC）中掺入粉煤灰可以有效改善纤维与基体接触面的特性,减弱纤维与基体间的界面黏结力,进而在一定范围内增强SHCC的应变硬化特性。选择I级、II级粉煤灰两组对比材料,并对SHCC单轴拉伸性能的影响进行了测定。研究结果发现无论是从强度上还是从应变硬化性能上,I级粉煤灰都比II级粉煤灰要好很多。     

短切碳纤维对油井水泥基复合材料性能的影响

为保证油气井固井长期封固的有效性,需要在油井水泥基材料中添加增强增韧材料改善水泥浆性能。针对短切碳纤维对油井水泥基复合材料性能的影响,研究了短切碳纤维加入到油井水泥基材料中的流变性、稠化时间、失水量以及抗压强度、抗折强度和抗冲击强度,最后对碳纤维水泥石微观形貌进行观察。实验结果表明,碳纤维对水泥浆流变性和稠化时间影响较小,对水泥浆施工无不利影响,碳纤维的加入可以有效降低水泥浆的失水量;在0.4%碳纤维加量范围内,水泥石的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度随着碳纤维加量增大均有不同程度的增大。养护28 d后,0.4%碳纤维水泥石的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度较空白水泥石分别提高19.1%、34.4%、21.1%;短切碳纤维水泥浆凝固形成水泥石后,纤维通过粘结力和机械咬合力限制水泥试件中局部裂缝的扩展,同时也消耗水泥石破坏能量,从而增强力学性能。研究结果为碳纤维在油井水泥基材料中的应用提供借鉴与参考。     

分散剂对石墨烯水泥基复合材料压敏性能的影响研究

石墨烯能显著改善水泥基复合材料的压敏性能,而分散剂是影响石墨烯分散以及复合材料性能的关键因素.本文通过紫外分光光度仪、超景深显微镜、激光粒度仪及Zeta电位测试,研究了聚羧酸减水剂(PCE)、聚氧乙烯(20)山梨醇酐单月桂酸酯(TW-20)、十二烷基磺酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)4种分散剂对石墨烯分散性...     

0-3型水泥基压电机敏复合材料的制备和性能

智能结构体系正逐渐被引入土木工程领域，它对于解决土木工程结构的安全性、耐久性、灵活性以及自适应性课题提供了更强的支持，在智能结构中较为突出的问题是机敏材料与母体结构材料的相容性，由于土木工程中主要结构材料－－混凝土的特性，在其它智能结构中具有良好相容性的机敏材料，在混凝土智能结构中有可能存在相容性问题，针对这 一情况，提出以水泥基材料作为压电机敏复合材料的基体，期望解决机敏材料与混凝土结构材料之间的相容性问题，研究结果显示：0－3型水泥基压电机敏复合材料在制备上是可行的，而形成的0－3型水泥基压电机敏复合材料内部结构均匀，压电性能优于同条件下聚合物基压电复合材料的性能，而极化电压却大大降低，在性能上满足了作为机敏材料在智能结构中的使用条件。     

高掺量粉煤灰高延性水泥基复合材料的制备和性能

高延性水泥基复合材料(hjgh ductility cementitious composites,HDCC)是一种具有应变硬化、多缝开裂和高延性等特性的新型纤维增强水泥基复合材料,其材料设计必须取得基体韧度、界面黏结和纤维特性三者的最优组合,因此,HDCC的制备必须优选原材料和优化配合比,以取得最优的材料制备技术.从配合比设计入手,研究了粉煤灰含量、胶砂比等对HDCC力学性能的影响,优化了特定材料下的材料制各技术.结果表明:粉煤灰含量、胶砂比和养护条件对HDCC的拉伸性能均具有较大的影响.随着粉煤灰掺量的增大,砂含量的降低,拉伸应变增大.当砂含量较高时,基体开裂韧度较高,基体的极限拉伸应力下对应的极限拉伸应变较小,然而随着应力的下降,复合材料仍然能维持相当大的应变·     

新型水泥基功能复合材料的研究进展

随着人类社会和科学技术的发展．功能单一的传统水泥材料已不能满足日新月异的工程需要和新技术革命的挑战。现代建筑要求水泥材料不仅要承受荷载，还要有光、电、磁、声、热等功能．以适应多功能和智能建筑的要求。因此，越来越多的研究者致力于新型水泥基功能复合材料的研究．以期拓宽水泥基材料的应用范围。本文重点介绍以下几种新型水泥基功能复合材料的组成、性能及研究状况。     

碳纤维增强水泥基复合材料的性能和应用

介绍了水泥混凝土材料以其抗压强度高、施工方便等优点在人类建筑史上发挥了重要作用,但由于其功能单一、脆性大、自重大、抗拉强度和抗弯强度低等缺点,在特殊领域中的用途受到很多限制。试验中,将碳纤维加入到水泥基体中,不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度、高模量、高韧性,更重要的是把普通的水泥建筑材料变成了具有自感知内部温度、应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的功能材料。     

氧化镁质和硫铝酸钙膨胀剂对工程水泥基复合材料性能的影响

本文研究了氧化镁质和硫铝酸钙膨胀剂对工程水泥基复合材料水化产物及微观结构的影响。结果表明:两种膨胀剂均会引起工程水泥基复合材料流动性能、力学性能的下降;掺入氧化镁质膨胀剂使得材料体系中大量生成富镁硅钙石,而掺入硫铝酸钙膨胀剂使得材料体系中钙矾石含量增大,两种水化产物均可以细化材料的孔结构,改善试样的抗氯离子渗透性能,5%(质量分数)掺量下硫铝酸钙膨胀剂试样的孔径比氧化镁质膨胀剂试样的更小,结构更加稳定。