碳纳米管对水泥基材料的作用机理研究

发布时间：2020-07-26 23:19

【摘要】：本论文基于实验室试验的方法,研究了碳纳米管对水泥静态力学性能、抗氯离子渗透性能、动态力学性能、水泥水化进程及主要水化产物的影响,具体研究了碳纳米管水泥的抗压抗折力学性能、动态压缩性能、耐久性、孔结构、微观结构以及水泥水化进程和水化产物,并构建其内在的作用机理,论文的主要研究结论如下:(1)碳纳米管的分散性通过X射线衍射、傅里叶红外光谱仪以及SEM技术等实验表征碳纳米管的质量、化学键以及微观形貌。结合超声波分散法分散碳纳米管,并分析不同碳纳米管分散剂含量(PVP)对碳纳米管分散液的分散效果。聚乙烯吡咯烷酮与碳纳米管是1:1质量比时,碳纳米管分散液的稳定性和分散性最好。(2)水泥的宏观力学性能通过抗压、抗折、氯离子扩散系数测定仪以及霍普金森杆等试验分析碳纳米管水泥基材料的力学性能和耐久性能。研究表明:充分分散的碳纳米管能提高水泥基材料的力学性能和耐久性能,随着碳纳米管的掺入,碳纳米管水泥基材料的力学性能和耐久性能逐渐提高,达到0.03%的CNTs掺量时,水泥试块抗压强度和抗折强度增幅效果最高,水泥基材料抗氯离子渗透性能也达到最好,渗透系数降低了55%,当碳纳米管的掺量超过0.05%时,水泥浆体的力学性能和耐久性出现下降,这是由于过量的碳纳米管容易在水泥浆体内部形成团聚现象,造成水泥浆体内部损伤和裂缝。而且动态试验表明,碳纳米管的加入可以起到增强效果。(3)水化过程及主要水化产物的影响通过热重分析、X射线衍射测试、SEM电镜扫描和多站全自动比表面积及孔径测试系统等实验,分析碳纳米管对水泥基材料的水化过程、水化产物、孔结构分析以及微观形貌的影响,研究表明,碳纳米管的掺入不会影响水泥水化产物,但是碳纳米管会影响水化产物的形态和含量,细化CH晶体尺寸,增加了水泥浆体的胶凝孔和毛细孔的数量,细化孔结构,起到减少内部损伤和裂缝的作用,使其微观形貌更加的密实。碳纳米管对水泥基材料微观形貌的影响以及作用机理,碳纳米管的掺入,使水泥基体的致密程度提高,碳纳米管能起到晶核作用和网状连接作用,在水泥水化过程中吸附C3S、C2S等活性成分形成初始水化晶体,随着初始水化晶体的不断反应,C-S-H凝胶和被细化的CH晶体等水化产物则在碳纳米管周围逐渐形成致密结构。同时,碳纳米管均较好的填充水化产物结构的微观孔隙和裂缝,碳纳米管的纤维桥接作用则能有效的增强C-S-H水化凝胶之间的界面粘结力。碳纳米管在微观纳米尺度对水泥水化进程和主要水化产物的改善作用是增强水泥基体材料宏观性能的本质原因。但是当碳纳米管掺量过高时,较多的分散剂导致分散液浓稠,导致碳纳米管在水泥浆体中团聚,导致水泥浆体微结构劣化,水泥浆体致密程度变差。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528
【图文】：

水泥基复合材料,工程结构

工程乃至机械制造业的基础工程等大型建设项目日益增多,基复杂的工程环境，但是混凝土其本身具有高脆性、多裂缝和成建筑结构力学性能下降、易受腐蚀、服役寿命减小等缺陷料，水泥在水化过程中形成的大量微观缺陷和水化产物结构高脆性和低韧性的根本原因。目前越来越多的研究致力于通来改善水泥的微观结构，从而增强混凝土的宏观力学性能。（a）工程结构的静态长期损伤

SEM图像,超声分散,SEM图像,碳纳米管

分散[15]。法是利用超声波震荡器发出高频震荡声波，在液体介质产生流效应。在水溶液中产生的效应可以剥落 CNTs 达到分散为，CNTs 需要超声波处理一段时间之后才能达到良好的之后静置一段时间，部分 CNTs 重新产生团聚效应，发用超声波震荡仪进行震荡碳纳米管水溶液，产生的空化效，但是静置一段时间之后，碳纳米管发生团聚效应，碳纳该加入分散剂增加碳纳米管之间缠绕重聚的时间。此外，量多多少少会损伤碳纳米管的物理结构，削弱其增强作用分散碳纳米管时，应保证分散的时间和超声波能量的适宜管破坏或者分散不足造成的碳纳米管团聚。图 1-2 和图SEM 图像和分散后的 SEM 图像。

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后静置一段时间，部分 CNTs 重新产生团聚效应，发超声波震荡仪进行震荡碳纳米管水溶液，产生的空化效但是静置一段时间之后，碳纳米管发生团聚效应，碳纳加入分散剂增加碳纳米管之间缠绕重聚的时间。此外，多多少少会损伤碳纳米管的物理结构，削弱其增强作用散碳纳米管时，应保证分散的时间和超声波能量的适宜破坏或者分散不足造成的碳纳米管团聚。图 1-2 和图EM 图像和分散后的 SEM 图像。图 1-2 超声分散前 CNTs 的 SEM 图像[19]

【参考文献】