碳纳米管对水泥基材料的水化过程及氯盐侵蚀的作用与机理

发布时间：2020-07-04 03:53

【摘要】：碳纳米管作为在21世纪初其中一种最具有发展前景的纳米级材料,其自身优异的力学、电学及耐久性能受到学术界的普遍青睐,而碳纳米管对水泥基材料性能的研究与影响亦已成为国内外土木工程学术研究的热点之一。本文基于碳纳米管对水泥基材料的水化过程以及氯盐侵蚀的作用与机理等课题进行了较全面、深入的探究。取得了以下主要研究成果:通过研究不同碳纳米管掺量的水泥净浆进行不同水化时间下的力学强度测定,连续时间下的电阻率与水化释放热监测结果,与自身的凝结时间(初凝时间、终凝时间)的测定结果判断碳纳米管对水泥基材料的水化全过程作用规律,并结合综合热分析对水化产物进行分析。研究结果表明,碳纳米管在水泥水化早期阶段对力学强度变化的影响并不明显甚至有略微的降低,会抑制C_3A的水化产物生成以及C-S-H的形成规模与成熟度;当进入水泥水化中期阶段后,碳纳米管对力学强度起较大的提高作用,大幅促进C_3S的水化反应,使氢氧化钙量明显增加;当进入水泥水化后期阶段,碳纳米管水泥基材料由于中期阶段水化反应比较彻底并开始逐渐放缓水化反应,并发现碳纳米管没有明显改变整个水化阶段期间形成的CH总含量。通过使用扫描电镜(SEM)分析、EDS与X射线物相分析(XRD)对碳纳米管水泥净浆在不同水化时间下的微观测试,为碳纳米管对水泥净浆的水化过程作用提供微观机理上的进一步解释与理论依据。研究结果表明,在水泥水化的早期阶段,通过对水化产物中钙元素的变化趋势与包裹层效应的观察可知碳纳米管对水泥水化具有抑制作用;对水化反应中期阶段的C_2S、C_3S转化为CH的程度,说明碳纳米管此阶段促进C_2S、C_3S的水化;在水化反应后期阶段中,虽然碳纳米管对C_2S、C_3S的水化反应仍起着促进作用,但由于水化反应已经比较彻底,对照组的水化反应在此阶段快于实验组。但就水化反应的整个研究阶段(标准养护条件下28天)来看,碳纳米管的掺入虽没有明显改变整个水化阶段期间形成的CH总含量,但却影响着CH水化产物的结晶形态。通过对碳纳米管水泥净浆的水化过程作用研究,表明碳纳米管掺量与水泥水化过程中的初凝时间以及电阻率低谷点(R点)均存在良好的线性关系,并建立了相应的数学关系式,为预测碳纳米管复合材料水泥基复合材料的凝结时间和电阻率奠定了技术基础。针对不同碳纳米管掺量的水泥砂浆,分别进行两类氯离子侵蚀环境(通电加速以及自然状态)下的氯离子侵蚀深度研究,对比其中的差异性。并对自然状态下的氯离子侵蚀实验进行氯离子含量滴定观察自由氯离子的变化。研究结果表明,当在加速氯离子通电侵蚀环境中,碳纳米管的掺入能使氯离子的迁移系数升高3.35~4.2倍,且随着碳纳米管掺量的增加,氯离子侵蚀情况呈加速趋势,并存在碳纳米管掺量与氯离子迁移系数的良好线性关系,可通过此关系快速确定氯离子迁移系数;在自然状态氯离子侵蚀实验中,碳纳米管的掺入在相同的侵蚀天数下,均使氯离子的侵蚀深度与自由氯离子含量增加,这说明在自然状态下的氯盐侵蚀,碳纳米管亦能加速氯离子在水泥基体中的侵蚀情况。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

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本文编号：2740596