碳纳米管增强水泥基注浆材料的制备及其注浆性能研究
发布时间：2021-06-10 17:05
为提高水泥基材料的性能,将碳纳米管作为增强组分,利用超声分散方法制备了碳纳米管增强水泥基注浆材料,并对其注浆性能进行了分析。通过力学性能测试、稳定性测试、流变性能实验、耐久性实验和抗裂性能实验等分析了碳纳米管掺量对注浆材料试样的抗压强度、抗折强度、稳定性、流变性、耐久性和抗裂性能等的影响。结果表明,当碳纳米管掺量为0.4%（质量分数）时,注浆材料试样的抗压强度与抗折强度最佳,分别可达22.6和5.2 MPa,相比未掺碳纳米管试件的16.2和3.2 MPa,分别提高了39.5%和62.5%;当碳纳米管掺量增加到0.5%（质量分数）时,注浆材料试样达到稳定的时间和浆状物剩余体积相比未掺碳纳米管试件分别提升了60.0%和6.8%,说明随着碳纳米管掺量的增加,注浆材料试样的稳定性逐步提升;在注浆材料中加入碳纳米管,能够形成横竖交错的组织形状,产生絮凝结构,在一定程度上增加了注浆材料试样的剪切应力,提高了注浆材料的流变性;碳纳米管的掺入,能够有效提升注浆材料试样的抗氯离子渗透能力、耐久性和抗裂性能,降低注浆材料试样的析水率。碳纳米管增强水泥基注浆材料的各项性能符合实际施工应用需求,适合推广使用。
【文章来源】：功能材料. 2020,51(11)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
应变片的实物图
当水灰比的数值固定时,碳纳米管掺量的变化将直接影响注浆材料试样的抗压强度与抗折强度等力学性能。图2为碳纳米管掺量变化下,注浆材料试样力学性能的变化情况。从图2可以看出,随着碳纳米管掺量的增加,注浆材料试样的抗压强度和抗折强度均呈现出先增大后减小的趋势。当碳纳米管掺量<0.4%(质量分数)时,注浆材料试样的抗压强度和抗折强度,随碳纳米管掺量的增加而增加;当碳纳米管掺量为0.4%(质量分数)时,注浆材料试样的抗压强度与抗折强度升至最高,分别可达22.6和5.2 MPa,相比未掺碳纳米管试件的16.2和3.2 MPa,分别提高了39.5%和62.5%。这是因为在注浆材料试样中,碳纳米管均匀分布,水泥基体发生收缩而出现的缩小尺寸与微裂纹发生情况降低,碳纳米管发挥的桥连效应导致水泥基体中的微裂纹扩张得到有效延缓,增强了注浆材料试样的韧性效果;水泥基体中的水化产物与碳纳米管发生反应,水泥基体与碳纳米管之间发生化学作用力,提升界面性能,改善了注浆材料试样的整体宏观性能;此外,孔结构与孔隙率也是影响注浆材料试样性能的关键影响因素,存在大孔径孔过多或孔隙率过大,都会导致注浆材料试样的力学性能变差,在水泥基体中掺加碳纳米管,可有效改善水泥基体的孔结构。由图2可知,当碳纳米管掺量>0.4%(质量分数)时,注浆材料试样的抗压强度和抗折强度,随碳纳米管掺量的增加而降低。这主要是由于使用分散剂导致的,当碳纳米管掺量较低时,注浆材料试样内的空间较充足,分散剂有足够的活动空间,碳纳米管不容易出现团聚现象,因此能够均匀地分布于注浆材料试样中;但当碳纳米管掺量逐渐增加时,碳纳米管无法均匀分散,搅拌过程中产生团聚现象,注浆材料试样中混入大量气泡,水泥基体中重新出现微孔洞以及蜂窝,导致注浆材料试样的力学性能降低。综上所述,若要改善水泥基体的力学性能,需要合理掺量的碳纳米管均匀分布于水泥基体中时,才能充分发挥碳纳米管的作用。当碳纳米管掺量为0.4%(质量分数)时,注浆材料试样的力学性能最佳。
将注浆材料试样静置一段时间后,试样中有水分析出,水分析出后,用剩余注浆材料试样的体积来描述注浆材料的稳定性。析出的水分越少,所剩余的注浆材料试样体积越大,稳定性也越大。碳纳米管增强水泥基注浆材料的稳定性越好,工程质量也越好。本文实验水灰比为0.4,碳纳米管的掺量对注浆材料试样稳定性的影响如图3所示。从图3可以看出,随着碳纳米管掺量的增加,注浆材料试样达到最终稳定的时间逐渐缩短,水分析出量逐渐降低,浆状物剩余体积不断增加。当碳纳米管掺量为0和0.5%(质量分数)时,达到稳定的时间分别为160和100 min,浆状物剩余体积分别为854和912 mL,分别提升了60.0%和6.8%。这说明随着碳纳米管掺量的增加,注浆材料试样的稳定性逐步提升。2.3 碳纳米管掺量对试样流变性影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]塑性膨胀剂对水泥基压浆料物理力学性能的影响[J]. 张雷. 建筑科技. 2019(03)
[2]碳纳米管增强水泥基复合材料的自收缩及抗裂性能[J]. 施韬,李泽鑫,李闪闪. 复合材料学报. 2019(06)
[3]高温下水泥基注材料性能试验研究[J]. 史志杰,范利丹,宋妍,余永强,李开放. 地下空间与工程学报. 2018(04)
[4]碳纳米管水泥基复合材料耐久性及力学性能研究[J]. 李相国,明添,刘卓霖,任钊锋,蒋文广. 硅酸盐通报. 2018(05)
[5]碳纳米管改性水泥基复合材料早龄期水化反应的傅里叶红外光谱[J]. 施韬,杨泽平,郑立炜. 复合材料学报. 2017(03)
[6]碳纳米管/聚合物复合材料的研究与应用进展[J]. 黄一鸣. 胶体与聚合物. 2015(04)
[7]聚羧酸系减水剂与减缩剂对水泥基材料收缩性能的协同效应[J]. 温金保,唐修生,刘兴荣,祝烨然,蔡明,马进南,黄国泓. 新型建筑材料. 2015(01)
[8]聚合物水泥基灌浆材料的性能研究[J]. 李国忠,张水. 建筑材料学报. 2010(06)
博士论文
[1]碳纳米管结构研究[D]. 欧阳玉.湖南大学 2008
本文编号：3222781
【文章来源】：功能材料. 2020,51(11)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
应变片的实物图
当水灰比的数值固定时,碳纳米管掺量的变化将直接影响注浆材料试样的抗压强度与抗折强度等力学性能。图2为碳纳米管掺量变化下,注浆材料试样力学性能的变化情况。从图2可以看出,随着碳纳米管掺量的增加,注浆材料试样的抗压强度和抗折强度均呈现出先增大后减小的趋势。当碳纳米管掺量<0.4%(质量分数)时,注浆材料试样的抗压强度和抗折强度,随碳纳米管掺量的增加而增加;当碳纳米管掺量为0.4%(质量分数)时,注浆材料试样的抗压强度与抗折强度升至最高,分别可达22.6和5.2 MPa,相比未掺碳纳米管试件的16.2和3.2 MPa,分别提高了39.5%和62.5%。这是因为在注浆材料试样中,碳纳米管均匀分布,水泥基体发生收缩而出现的缩小尺寸与微裂纹发生情况降低,碳纳米管发挥的桥连效应导致水泥基体中的微裂纹扩张得到有效延缓,增强了注浆材料试样的韧性效果;水泥基体中的水化产物与碳纳米管发生反应,水泥基体与碳纳米管之间发生化学作用力,提升界面性能,改善了注浆材料试样的整体宏观性能;此外,孔结构与孔隙率也是影响注浆材料试样性能的关键影响因素,存在大孔径孔过多或孔隙率过大,都会导致注浆材料试样的力学性能变差,在水泥基体中掺加碳纳米管,可有效改善水泥基体的孔结构。由图2可知,当碳纳米管掺量>0.4%(质量分数)时,注浆材料试样的抗压强度和抗折强度,随碳纳米管掺量的增加而降低。这主要是由于使用分散剂导致的,当碳纳米管掺量较低时,注浆材料试样内的空间较充足,分散剂有足够的活动空间,碳纳米管不容易出现团聚现象,因此能够均匀地分布于注浆材料试样中;但当碳纳米管掺量逐渐增加时,碳纳米管无法均匀分散,搅拌过程中产生团聚现象,注浆材料试样中混入大量气泡,水泥基体中重新出现微孔洞以及蜂窝,导致注浆材料试样的力学性能降低。综上所述,若要改善水泥基体的力学性能,需要合理掺量的碳纳米管均匀分布于水泥基体中时,才能充分发挥碳纳米管的作用。当碳纳米管掺量为0.4%(质量分数)时,注浆材料试样的力学性能最佳。
将注浆材料试样静置一段时间后,试样中有水分析出,水分析出后,用剩余注浆材料试样的体积来描述注浆材料的稳定性。析出的水分越少,所剩余的注浆材料试样体积越大,稳定性也越大。碳纳米管增强水泥基注浆材料的稳定性越好,工程质量也越好。本文实验水灰比为0.4,碳纳米管的掺量对注浆材料试样稳定性的影响如图3所示。从图3可以看出,随着碳纳米管掺量的增加,注浆材料试样达到最终稳定的时间逐渐缩短,水分析出量逐渐降低,浆状物剩余体积不断增加。当碳纳米管掺量为0和0.5%(质量分数)时,达到稳定的时间分别为160和100 min,浆状物剩余体积分别为854和912 mL,分别提升了60.0%和6.8%。这说明随着碳纳米管掺量的增加,注浆材料试样的稳定性逐步提升。2.3 碳纳米管掺量对试样流变性影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]塑性膨胀剂对水泥基压浆料物理力学性能的影响[J]. 张雷. 建筑科技. 2019(03)
[2]碳纳米管增强水泥基复合材料的自收缩及抗裂性能[J]. 施韬,李泽鑫,李闪闪. 复合材料学报. 2019(06)
[3]高温下水泥基注材料性能试验研究[J]. 史志杰,范利丹,宋妍,余永强,李开放. 地下空间与工程学报. 2018(04)
[4]碳纳米管水泥基复合材料耐久性及力学性能研究[J]. 李相国,明添,刘卓霖,任钊锋,蒋文广. 硅酸盐通报. 2018(05)
[5]碳纳米管改性水泥基复合材料早龄期水化反应的傅里叶红外光谱[J]. 施韬,杨泽平,郑立炜. 复合材料学报. 2017(03)
[6]碳纳米管/聚合物复合材料的研究与应用进展[J]. 黄一鸣. 胶体与聚合物. 2015(04)
[7]聚羧酸系减水剂与减缩剂对水泥基材料收缩性能的协同效应[J]. 温金保,唐修生,刘兴荣,祝烨然,蔡明,马进南,黄国泓. 新型建筑材料. 2015(01)
[8]聚合物水泥基灌浆材料的性能研究[J]. 李国忠,张水. 建筑材料学报. 2010(06)
博士论文
[1]碳纳米管结构研究[D]. 欧阳玉.湖南大学 2008
本文编号：3222781
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