碳納米管與PVA纖維復合增強的水泥基材料的制備與性能.pdf

1、眾所周知,纖維增強技術是提高混凝土韌性,減少開裂風險的重要技術手段。在此基礎上,美國學者Victor Li通過微觀力學的優(yōu)化,形成一種水泥石基體對纖維的握裹力承擔的纖維拉力略大于尖端擴展力的理想狀態(tài),從而研制出具有應變硬化性能特征的水泥基材料-ECC(Engineered Cementitious Composite),這一材料及其制備方法在近年來日益引起了國內學者的研究興趣。目前,國內研制的ECC的強度和極限變形能力整體較低,還有較大

2、的提升空間。
　　為了獲得整體強度較高,極限變形能力較好的纖維增強水泥基材料,本論文在原有ECC配制技術基礎上,進一步采用碳納米管從納米尺度增強水泥石基體的強度和變形能力,制備碳納米管與PVA纖維復合增強的水泥基材料。通過改變加料方式、改變減水劑種類、改變水灰比、改變纖維摻量、碳納米管增強基體等方式,以抗折、抗壓與抗彎性能為主要考察指標,研究了水灰比、纖維摻量等對碳納米管與PVA纖維復合增強水泥基材料性能的影響規(guī)律。
　　通

3、過研究碳納米管的摻量對其增強效果的影響,發(fā)現摻量越高,增強效果越顯著。與不摻碳納米管的基準組相比,摻1.5碳納米管的水泥基材料的28天抗折強度增加15％。碳納米管的增強效果受其分散程度的影響。在通過研究碳納米管的分散后發(fā)現,采用超聲波分散對于碳納米管的分散要好于其他類型的機械分散,外加劑對于碳納米管在溶液中分散起到穩(wěn)定作用。
　　通過改變聚乙烯醇纖維摻量和碳納米管摻量、進行了雙因素正交試驗,經過實驗發(fā)現,對于同等纖維摻量下,碳納米

4、管摻量的增加對于抗折強度具有一定的提高作用,抗壓強度變化較小。兩種因素相比,聚乙烯醇纖維摻量對于抗折強度與抗壓強度的極限增強效果要大于碳納米管。
　　通過研究加料順序的影響,發(fā)現纖維的加入時間對于拌合物的工作性能參數Γ2影響大,宜采用先摻法,盡管此種方法易產生揚塵。而外加劑的加入時間對于拌合物的工作性能參數Γ2影響較小,建議采用同摻法或后摻法,因為同摻法或后摻法更加方便。
　　通過研究外加劑種類的影響,發(fā)現采用不同減水劑其最

5、佳摻量不盡相同,聚羧酸高效減水劑為1％,萘系高效減水劑為1.5％。聚羧酸高效減水劑比萘系高效減水劑更易產生引氣現象,導致試件內部產生較多氣孔,因此,萘系高效減水劑達到的最佳性能優(yōu)于聚羧酸高效減水劑,水泥基材料性能也更穩(wěn)定。
　　通過研究水灰比的影響發(fā)現,水灰比對拌合物工作性能和強度影響顯著。水灰比較低時,拌合物過干稠,工作性能不良,成型不密實,強度低;水灰比較高時,拌合物則輕微泌水,成型后孔隙多,強度也低。只有一定范圍的水灰比才能

6、獲得拌合物工作性能良好,強度較高的水泥基材料。結合水灰比對拌合物工作性能和3d、7d、28d抗折強度與抗壓強度的影響的試驗結果,確定水灰比宜控制在0.3-0.4之間。
　　通過研究各組成成分摻量的影響,發(fā)現聚乙烯醇纖維摻量較低時,隨著摻量的增加,水泥基材料的強度不斷提高,而工作性能變化不明顯。但纖維摻量大于2.5％后,拌合物工作性能和硬化體力學性能明顯降低,將硬化體橫斷面折斷后發(fā)現此時纖維產生了明顯的團聚現象,纖維增強效率明顯降低