混凝土与水泥制品
欢迎访问!

主办单位:苏州混凝土水泥制品研究院
      中国混凝土与水泥制品协会
主    编:奚飞达
常务副主编:沈丽华
责任编辑:张键、王春蓉

编辑:钮如嵩
美术编辑:邓稚川
编辑出版《混凝土与水泥制品》杂志社
地    址  苏州市三香路718号
邮    编  215004
电    话  0512-68285716
传    真  0512-68285793
投稿邮箱 sccpitg@126.com
广告投放邮箱 sccpi@126.com
国际标准连续出版物号ISSN 1000-4637
国内统一连续出版物号CN 32-1173/TU
印  刷  苏州市东方印刷厂
发行范围  国内外公开发行
国内发行  苏州市邮政局
邮发代号  28-80
国外发行  中国国际图书贸易总公司
发行代号  BM5944
国内订阅  全国各地邮局
广告经营许可证号 3205014830022

  • 文章内容

工业级碳纳米管增强水泥基材料力学性能试验研究

作者:欧阳辉玄,王燕锋,赵晓华    单位:汕头大学工学院土木工程系,515000

关键词:碳纳米管;水泥基材料;抗压强度;抗折强度;孔隙

摘  要:通过表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮和超声作用,将工业级碳纳米管分散在水溶液中,制备了碳纳米管水泥净浆和碳纳米管水泥砂浆,标准养护28 d后测试其力学性能。试验结果显示,工业级碳纳米管在掺量为水泥质量分数的0.05%、0.1%、0.5%时,水泥净浆抗折强度分别提高:2.503%、-21.808%、-12.302%;抗压强度分别提高:11.966%、13.039%、10.866%。 同样掺量的碳纳米管,水泥砂浆的抗折强度提高幅值分别为:17.16%、7.07%、3.72%。

 0   前言

 水泥基材料是目前土木工程中应用最广泛的材料之一,其优点是材料来源广、易成型、可塑性强、抗压强度高。然而,水泥基材料属于脆性材料,其抗拉强度低、易开裂,水化过程中产生干缩等缺陷,限制了它的使用范围。利用传统的宏观材料提高水泥基材料抗折、抗弯性能的研究很多[1-5],如钢纤维、碳纤维、玻璃纤维等, 但钢纤维易锈蚀、玻璃纤维易脆断、碳纤维会降低水泥基材料早期抗压强度。碳纳米管作为超强的新材料,其平均杨氏模量接近1 000 GPa, 极限应变可达12%,抗拉强度在20~100 GPa之间[6-7]。其强度远高于钢材,重量只是钢材的六分之一。利用碳纳米管从微观上改善水泥基材料的结构,提供其力学性能已成为水泥基复合材料的一个研究热点[8-9]
 Makar 和Beaudoin[10]首次将碳纳米管应用于水泥基材料之中,提出从纳米尺度上改善水泥基材料力学性能的可行性。李庚英[11]利用混酸对碳纳米管进行处理,使其带上亲水基团,改善碳纳米管的疏水性。结果发现:处理后的多壁碳纳米管对水泥基体力学性能的改善优于没有处理的多壁碳纳米管。通过微观分析,发现碳纳米管与水泥水化产物结合紧密,碳纳米管在水泥基体内部起到桥接作用,从而控制了微裂纹的发展。Shah SP.等[12-13]进行了一系列的研究,结果表明:长径比较小的多壁碳纳米管掺量为0.08%时(质量分数),水泥基复合材料的抗弯强度最高;与短多壁碳纳米管相比,长多壁碳纳米管在较低掺量下便可以获得相等的抗弯强度,但长度越长分散难度越大,短多壁碳纳米管更容易分散,碳纳米管水泥基复合材料的抗弯性能随着短多壁碳纳米管掺量的增加而增大。王宝民等[14]利用阴离子表面活性剂阿拉伯树胶加超声分散制备得多壁碳纳米管分散溶液,由该分散液制备水泥净浆试件,之后测试碳纳米管水泥净浆的力学性能,试验结果显示:碳纳米管水泥基复合材料抗弯强度明显高于空白试件;微观电镜结果显示,分布在水泥基体内的碳纳米管起到了桥接作用。徐世烺等[15]利用定向多壁碳纳米管来改善高强砂浆的力学性能,试验对定向多壁碳纳米管(A-MWCNTs)的羰基化分散体和水分散体两种分散体增强M140砂浆进行了对比研究。试验结果表明:添加质量分数为0.01%的定向多壁碳纳米管后,A-MWCNTs羰基化分散体M-140砂浆复合材料的抗折、抗压强度分别比相同条件下制得的M140砂浆增加了5.4%和8.4%;而A-MWCNTs水分散体M140砂浆复合材料的抗折强度、抗压强度分别比相同条件下制得的M140砂浆增加了20.7%、15.9%。
 上述研究大多选用高纯度碳纳米管,其纯度在95%以上,含灰量在5%以下,价格在10~20元/g之间,甚至更高。对应工程应用来说,大批量使用造价太高。工业级碳纳米管纯度在90%左右,含灰量在8%以下,价格只有1~2元/g。目前,关于工业级碳纳米管对水泥基材料力学性能改善的研究不足,鉴于水泥基材料的宏观非均质性,探索工业级碳纳米管对水泥基材料力学性能的改善,有利于控制造价,具有工程意义。
中国混凝土与水泥制品网负责制作,未经书面协议授权,禁止转载使用。
ICP证:苏ICP备10086386号

苏公网安备 32050802010477号