碳纳米管增强超细水泥灌浆料性能研究
发布时间：2020-07-28 11:10
【摘要】：随着建筑产业化兴起以及国家对装配式建筑的大力推广,行业对灌浆材料性能的要求也越来越高。水泥基灌浆料具有强度高,耐久性好,材料来源广泛等优点,同时也存在抗拉强度低,韧性差等不足,为克服普通纤维材料无法应用到灌浆料中这一问题,本文选用碳纳米管这一纳米尺度纤维对自配超细水泥灌浆料进行性能改进,通过试验研究,探究了碳纳米管水泥基灌浆料的配合比设计、力学性能、流动性能以及微观特性。主要进行了以下几个方面的内容研究:(1)选用超细水泥,石英粉等原材料,在确定各组分外加剂掺量及水胶比情况下,采用以浆体填充包裹理论为基础的“浆骨比法”进行了超细水泥灌浆料配合比设计,并以强度,流动性能,微观特性等方面为评价指标,配制出一种强度高,流动度大,内部结构致密,粘结性能好的超细水泥灌浆料。(2)以碳纳米管掺量和直径为变量,探究了碳纳米管对超细水泥灌浆料抗压、抗折强度等力学性能的影响规律。试验结果表明,PVP(聚乙烯比咯烷酮)分散剂的加入会对灌浆料力学性能产生一定的影响,提高了灌浆料的强度;随着碳纳米管掺量增大,灌浆料强度呈现先增长后降低趋势,当碳纳米管掺量为0.1-0.2%时,对灌浆料增强效果最佳,抗折强度最高增长了33.62%,抗压强度最高增长了29.30%;直径较小的碳纳米管对灌浆料增强效果更加显著,直径较大碳纳米管对抗折强度作用不明显。(3)利用博勒飞R/S流变仪对灌浆料流变性能进行系统的研究,并结合修正的Bingham模型给出了不同组分灌浆料的本构关系模型。研究发现,PVP分散剂对灌浆料流变性能有不利影响;随着碳纳米管加入,灌浆料浆体的屈服应力、塑性粘度、触变性随着碳纳米管掺量的增大呈现逐渐增长的趋势,对灌浆料的流变性能有不利影响,但适宜掺量下,仍能保证灌浆料正常的流动性能;纳米管直径变化对屈服应力影响不明显,对塑性粘度的影响则较为显著;碳纳米管的加入,明显增大了灌浆料的触变环面积,即明显增大了灌浆料的触变性。(4)采用格子Boltzmann方法对灌浆料宏观流动性能进行了流体动力学模拟分析。结果显示,灌浆料浆体流动时,流经障碍物附近,在障碍物背部出现明显的屈服区域;随着灌注孔道尺寸变小,浆体流速显著降低,可灌入深度降低;在复杂边界流动时,由于粘滞阻力,边界处流速几乎为零。(5)采用多种微观分析技术对灌浆料微观特性进行了探究,发现碳纳米管能够在灌浆料基体中发挥出良好的纤维桥联以及填充作用,从而改善了灌浆料宏观力学性能;碳纳米管增加了灌浆料微观结构的致密性,对灌浆料水化作用有一定影响。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU578
【图文】：
边形参与封闭而成；另一类是单壁碳纳米管（SWCNTs），如图 1.1（b）所示，由石墨碳原子层卷曲而成的无缝中空管。碳纳米管的直径一般在零点几纳米到几十纳米，长度为几十纳米至微米，也有超长的碳纳米管，长度为几个微米[4]，表面积通常在100,000-700,000m2/ kg 范围内[5]。目前，单壁碳纳米管由于价格昂贵，只在极少数领域有所应用，一般应用在精密结构传感器和发射平板显示器等领域。作为纳米纤维增强材料中的使用，目前应用最多的是多壁碳纳米管（本文中碳纳米管均指多壁碳纳米管）多壁碳纳米管相对成本较低，目前在规模化生产应用方面较为成熟。研究表明，多壁碳纳米管拥有极高的长径比（100-1000），杨氏模量约为 1TPa，约为钢材的 5 倍；拉伸强度约为 63GPa，约为钢材的 50 倍[6]；碳纳米管的弹性应变是钢材的 60 倍还多，但密度只有钢材的1/6[7]；同时碳纳米管的杨氏模量和拉伸强度分别是碳纤维的 10倍和20倍[6并且碳纳米管与基体的结合力较高。目前，碳纳米管复合材料性能的研究已经成为热点研究方向，碳纳米管的各项性能均也优于传统的纤维材料，由于其优异的性能，被广泛认为是 21 世纪最具潜力的材料之一。
结果表明在适合的条件下，两亲性聚合物PVP可以的碳纳米管在DMF、乙醇和水等溶剂中具有良好的亲性PVP对碳纳米管进行了表面修饰，实验结果表以提高碳纳米管的PVP包覆率，且使PVP同CNTs之率有较大提高，改性碳纳米管与水的亲和性有较大时在乙醇和丙酮中的分散性也显著改善。碳纳米管分散的表面活性剂主要有以下类型：基于合物，SDS，十二烷基苯磺酸钠（SDBS），聚乙烯GA），Pluronic F-127，脱氧胆酸钠（NaDC）和Tr剂作用机理：碳纳米管之间存在很强的范德华力，CH-π键在管的侧面或者管的末端吸收表面活性剂的面活性剂的亲水部分提供，作用机理如图[26]1.2所示
第二章 原材料及基础配合比山东康晶新材料科技有限公司生产的 K800 型超所示。这种颗粒尺寸的超细水泥制成的浆体具有无法渗透的细砂粉砂混合层，粉砂层和粉土层；高水灰比下具有较高的固砂强度。水泥的主要技表 2.1 水泥的主要性能指标比表面积 抗压强度/MPa D90( m) m2·g-17d 28d 17.63 1.083 46.78 59.58
本文编号：2772796
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU578
【图文】：
边形参与封闭而成；另一类是单壁碳纳米管（SWCNTs），如图 1.1（b）所示，由石墨碳原子层卷曲而成的无缝中空管。碳纳米管的直径一般在零点几纳米到几十纳米，长度为几十纳米至微米，也有超长的碳纳米管，长度为几个微米[4]，表面积通常在100,000-700,000m2/ kg 范围内[5]。目前，单壁碳纳米管由于价格昂贵，只在极少数领域有所应用，一般应用在精密结构传感器和发射平板显示器等领域。作为纳米纤维增强材料中的使用，目前应用最多的是多壁碳纳米管（本文中碳纳米管均指多壁碳纳米管）多壁碳纳米管相对成本较低，目前在规模化生产应用方面较为成熟。研究表明，多壁碳纳米管拥有极高的长径比（100-1000），杨氏模量约为 1TPa，约为钢材的 5 倍；拉伸强度约为 63GPa，约为钢材的 50 倍[6]；碳纳米管的弹性应变是钢材的 60 倍还多，但密度只有钢材的1/6[7]；同时碳纳米管的杨氏模量和拉伸强度分别是碳纤维的 10倍和20倍[6并且碳纳米管与基体的结合力较高。目前，碳纳米管复合材料性能的研究已经成为热点研究方向，碳纳米管的各项性能均也优于传统的纤维材料，由于其优异的性能，被广泛认为是 21 世纪最具潜力的材料之一。
结果表明在适合的条件下，两亲性聚合物PVP可以的碳纳米管在DMF、乙醇和水等溶剂中具有良好的亲性PVP对碳纳米管进行了表面修饰，实验结果表以提高碳纳米管的PVP包覆率，且使PVP同CNTs之率有较大提高，改性碳纳米管与水的亲和性有较大时在乙醇和丙酮中的分散性也显著改善。碳纳米管分散的表面活性剂主要有以下类型：基于合物，SDS，十二烷基苯磺酸钠（SDBS），聚乙烯GA），Pluronic F-127，脱氧胆酸钠（NaDC）和Tr剂作用机理：碳纳米管之间存在很强的范德华力，CH-π键在管的侧面或者管的末端吸收表面活性剂的面活性剂的亲水部分提供，作用机理如图[26]1.2所示
第二章 原材料及基础配合比山东康晶新材料科技有限公司生产的 K800 型超所示。这种颗粒尺寸的超细水泥制成的浆体具有无法渗透的细砂粉砂混合层，粉砂层和粉土层；高水灰比下具有较高的固砂强度。水泥的主要技表 2.1 水泥的主要性能指标比表面积 抗压强度/MPa D90( m) m2·g-17d 28d 17.63 1.083 46.78 59.58
【参考文献】
相关期刊论文 前7条
1 王国友;石亮;刘建忠;;基于浆骨比的现代混凝土配合比设计[J];江苏建筑;2014年01期
2 张雄;张蕾;;流变学理论在水泥基材料中的应用[J];粉煤灰综合利用;2013年04期
3 朱洪波;王培铭;李晨;柳献;杨坪;曹晓润;;多壁碳纳米管在水泥浆中的分散性[J];硅酸盐学报;2012年10期
4 丁盛;马传国;;水热法聚乙烯基吡咯烷酮表面修饰碳纳米管的研究[J];化工新型材料;2011年11期
5 唐明;李晓明;;羟丙基甲基纤维素对水泥基材料的改善效应[J];混凝土;2009年10期
6 刘延年;;建筑结构胶粘剂粘度及触变性试验分析[J];四川建筑科学研究;2008年06期
7 邱军;王国建;尚婧;;聚乙烯基吡咯烷酮修饰多壁碳纳米管的研究[J];高分子学报;2007年04期
本文编号：2772796
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