《基於界面最佳化的碳纖維增強磷酸鎂水泥複合材料製備》是依託重慶大學，由賈興文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於界面最佳化的碳纖維增強磷酸鎂水泥複合材料製備
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：賈興文
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
採用碳纖維增強磷酸鎂水泥，將碳纖維質輕、抗拉強度高與磷酸鎂水泥粘結強度高、快凝快硬的特點充分結合，獲得的碳纖維增強磷酸鎂水泥複合材料(CFRMPC)，是混凝土結構快速加固的理想材料。但碳纖維與磷酸鎂水泥界面粘結改善是CFRMPC製備的關鍵。申請項目首先利用碳纖維的導電性，採用電化學氧化和電化學沉積對碳纖維表面進行處理，通過電化學氧化改善碳纖維表面活性，引入羥基絡合鎂離子誘導磷酸鎂水泥水化產物在碳纖維表面定向生長，同時以電化學沉積誘導磷酸鹽在碳纖維表面和絲束間沉積，共同改善碳纖維的表面性狀和潤濕性；申請項目還將通過巨觀性能試驗和微觀分析，研究碳纖維表面改性後與磷酸鎂水泥相容性和界面粘結，重點分析界面改善後CFRMPC在結構加固受力過程的應力傳遞機制，顯示碳纖維表面改性後的CFRMPC在結構快速加固中套用的優勢。研究結果還對碳纖維表面改性和CFRMPC材料其他套用開發有一定的參考價值。
結題摘要
磷酸鎂水泥(MPC)與其他無機膠凝材料一樣，破壞時也表現出明顯的脆性，韌性較差限制了磷酸鎂水泥在混凝土結構加固工程中的套用。為了提高MPC修復材料的韌性，本項目對比研究了聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇纖維和超高分子量聚乙烯纖維以及碳纖維和氧化鎂晶須對MPCM(MPCM)力學性能的影響，研究了聚乙烯纖維和碳纖維的表面氧化處理方法對纖維增強磷MPCM抗彎韌性的影響。主要研究結論如下：（1）MPCM中合成纖維的體積摻量不大於2%時，MPCM抗折強度顯著提高；合成纖維體積摻量超過2%後對MPCM的凝結硬化和力學性能會產生顯著的負面影響。（2）高分子量聚乙烯纖維摻量為1.0%時，摻加分散劑EG360後MPCM的抗彎韌性提高1倍；採用過硝酸處理聚乙烯纖維0.5~1.0h，顯著改善MPCM的抗彎韌性。（3）碳纖維可以顯著提高MPCM的早期抗壓強度和後期抗折強度，但對早期抗折強度和後期抗壓強度無顯著改善作用；碳纖維對MPCM抗折強度的改善效果更好；摻加碳纖維提高MPCM抗折強度存在飽和摻量，隨著碳纖維長度增加，飽和摻量降低。（4）摻加3%~5%的MgO晶須可以顯著增強MPC的早期抗壓和抗折強度，提高緩凝劑摻量或水料比時，摻加MgO晶須可以確保MPC不僅具有較高的早期強度，同時還具有良好的流動性及凝結時間。（5）採用強氧化性酸溶液對超高分子量聚乙烯纖維和碳纖維進行表面預處理，可以提高纖維的表面親水性，顯著改善纖維的分散性及其與磷酸鎂水泥的界面粘結強度。（6）濃硝酸預處理時間30~60min時，碳纖維增強MPCM的斷裂韌性顯著改善，MPCM受彎時的荷載─撓度曲線下降段更為平緩，試件開裂後的延性變形顯著增大，斷裂能大幅上升；預處理溫度40~60℃時，預處理溫度提高使荷載-撓度曲線的下降段更為平緩，碳纖維增強MPCM的斷裂韌性及斷裂能顯著提高。（7）利用磷酸鎂水泥作為植筋錨固材料，在約束拉拔條件下，帶肋鋼筋與混凝土的粘結抗剪強度可以滿足混凝土結構植筋加固套用要求；利用磷酸鎂水泥貼上碳纖維布來加固混凝土梁，通過改善修復材料和混凝土的界面構造，混凝土梁的抗彎強度顯著提高。
