多壁碳納米管水泥基複合材料的耐久性能及機理研究

《多壁碳納米管水泥基複合材料的耐久性能及機理研究》是依託大連理工大學,由王寶民擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多壁碳納米管水泥基複合材料的耐久性能及機理研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王寶民

項目摘要

碳納米管具有小尺度、輕質、高強、高彈模以及良好的彈性、韌性和電學性質，是綜合性能最好的纖維材料；碳納米管水泥基複合材料同樣也具備優異的強度、韌性和導電等性能。通過研究其抗滲透性、抗凍性、早齡期收縮和抗硫酸鹽侵蝕等耐久性指標及微觀架構與巨觀性能的關係，對於拓展碳納米管水泥基複合材料的工程套用範圍具有重要意義。本課題利用多壁碳納米管的物理、化學分散技術，提高其在懸浮液及水泥基複合材料中的分散均勻性；通過研究多壁碳納米管水泥基複合材料的耐久性指標，掌握其工程套用特性和耐久規律，提出適合於多壁碳納米管水泥基複合材料的耐久性評價方法和綜合評價指標體系，並確定其工程適用範圍；通過微觀測試分析，研究多壁碳納米管提高水泥基複合材料耐久性能的微觀效應和作用機理，研究其耐久性能劣化過程的微觀機制，為其工程套用及深入研究提供基礎理論支撐，亦為進一步最佳化多壁碳納米管水泥基複合材料的製備技術提供指導。

結題摘要

碳納米管（MWNTs）是綜合性能最好的納米級纖維材料，具有優異的力學、電學等性質。碳納米管水泥基複合材料（MWCNTs/CC）也同樣具備優異的力學性質和電學等性能。深入系統的研究了MWCNTs的分散性能，MWCNTs/CC的力學性能、電磁禁止性能以及耐久性能，納米碳纖維(CNFs)的分散性能及其水泥基複合材料的力學性能，研究了MWCNTs提高水泥基複合材料性能的微觀作用機理。 MWCNTs的分散性研究成果表明：單摻分散劑時阿拉伯膠（GA）對MWNTs分散效果最好，其最佳摻量為0.45g/L；通過對GA的分散機理進行研究發現GA在MWCNTs表面為典型的“SL”型兩階段吸附，GA濃度為0.45g/L時在MWCNTs表面達到吸附飽和；GA能夠通過其分子長鏈的包覆作用改善MWCNTs的親水性和分散性。 MWCNTs/CC的力學性能、電磁禁止性能和耐久性能研究成果表明：MWCNTs的摻入能夠顯著提高水泥基材料的力學性能和彎曲韌性，其抗折強度最多提高了43.6%，抗壓強度最多提高了21.6%，其斷裂能提高165.1%，韌度指數提高52.8%；MWCNTs可以極大提高水泥基複合材料的吸波性能，MWCNTs 摻量為0.6wt.%、厚度為25mm 的試樣在2.9 GHz 處獲得最強吸收峰值- 28dB，並能夠在2~8GHz 範圍內對出現在吸收峰值附近的電磁波進行充分吸收；MWCNTs的摻入降低了水泥基複合材料的氯離子擴散係數，最小值為1.43×10-12m2/s，相比空白試件下降了39.7%；MWCNTs提高了水泥基複合材料的抗硫酸鹽侵蝕性能，減小了水泥基複合材料的早齡期自收縮值。 CNFs的分散性及其水泥基複合材料的力學性能研究成果表明：甲基纖維素(MC)對CNFs分散效果最佳，低摻量摻入CNFs時，複合材料的7d抗彎強度有所降低，而14d、28d強度有提高，最高提升21%。 微觀作用機理研究表明，MWCNTs在懸浮液及水泥漿基體中具有較好的分散性，MWCNTs能夠促進水泥基複合材料的水化，水泥基複合材料具有較強的界面粘結強度並且MWCNTs能夠改善水泥基複合材料的微觀結構。 研究成果對碳納米管水泥基複合材料的深入研究及工程套用提供理論支撐，亦為進一步最佳化碳納米管水泥基複合材料的製備技術提供指導。