聚氨酯改性水泥基材料研究进展

聚氨酯应用于水泥基材料中可以改善水泥基材料的弹韧性、抗冻和抗渗等性能。总结了聚氨酯对水泥基材料的工作性能、力学性能、微观结构及抗冻融性能的影响规律,提出了聚氨酯在水泥基材料中应用的局限性,并结合工程实际,探究了聚氨酯水泥基材料的应用场景,展望了聚氨酯水泥基材料的发展新趋势。

碱含量对水泥基材料开裂敏感性的影响

选择低热硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥作为研究对象,利用外掺Na2SO4和K_(2)SO_(4)将其总碱含量调节至0.8%和1.2%,利用椭圆环法,并从干燥收缩性能、水化产物形貌、显微硬度及水化产物微观力学的角度,探究了碱对不同水泥基材料开裂敏感性的影响。结果表明:随着碱含量的提高,不同水泥基材料的开裂敏感性增加;低热硅酸盐水泥具有较高的抗裂能力,且适当地提高碱含量,有助于提高其抗裂性能;干燥收缩性并不能完全揭示碱对不同水泥基材料开裂敏感性的影响机制。碱对不同水泥基材料开裂敏感性的提高还与其微观特性有关,通过促使水化产物形貌发生转变,提高其显微硬度,降低水泥基材料浆体适应变形的能力;通过降低唯一具有胶凝特性的水化硅酸钙(C-S-H)簇间粘结力,降低水泥基材料浆体抵抗开裂的能力。

多尺度钢纤维混杂增强水泥基材料抗冲击性能及阻裂能力

为更好地研究钢纤维混杂方式对水泥基材料的增强作用,本研究使用长度分别为6 mm(S)、13 mm(M)和35 mm(H)的三种钢纤维,进行单掺、双掺、三掺制备钢纤维增强水泥基材料,采用圆柱体试件进行落锤冲击试验,从冲击次数及耗能、破坏形态、裂缝宽度发展等方面探究混杂方式对水泥基材料抗冲击性能及阻裂能力的影响。试验结果表明:钢纤维从单掺到三掺,材料抗冲击性能逐渐增强。钢纤维单掺对水泥基材料强度及抗冲击性能提升效果依次为:M>H>S;双掺组合方式从优到劣为:M+H>S+M>S+H,当1.5%(体积分数,下同)M与0.5%H混掺时材料的增强、增韧效果最佳,28 d抗折强度为22.6 MPa,较单掺M和H分别提高了3.2%和31.4%,抗压强度为154.8 MPa,较单掺M和H分别提高了40.1%和65.5%,初裂与破坏冲击耗能比单掺M和H分别提高了23.5%、425%和36.7%、300%;三掺最优掺量为0.5%S、0.5%M和1%H,初裂和破坏冲击耗能比最优双掺M1.5H0.5组分别提高了33.3%、1.9%。双参数的Weibull分布可以合理地描述钢纤维混杂增强水泥基材料的初裂冲击次数(N1)和破坏冲击次数(N2)。S抑制微裂缝的产生与扩张,M和H阻止宏观裂缝在不同受荷阶段的发展,在不同结构层次、不同受荷阶段发挥逐级阻裂作用。

小尺寸压蒸试件的MgO水泥基材料微观结构研究

为促进MgO混凝土的推广应用,采用汞孔隙率法和扫描电子显微镜法对小尺寸压蒸试件的MgO水泥基材料(水泥砂浆和一级配混凝土砂浆)的微观结构进行了研究。结果表明:随着试件尺寸的变化,MgO水泥基材料的平均孔径由大到小的排序为微试件、小试件、标准试件;无害孔和少害孔占比由大到小的排序为标准试件、小试件、微试件;MgO掺量相同时,随着粉煤灰掺量的增大,与小试件和微试件相比,标准试件的平均孔径最小,而无害孔和少害孔占比最大。

氧化石墨烯及其分散方法对水泥基材料微观结构和力学性能的影响研究进展

氧化石墨烯(GO)因其出色的性能在改善水泥基材料微观结构、力学性能上均有很好的应用前景。然而,GO的增强效果很大程度上取决于其在水泥基体中的分散性。总结了近年来GO在水泥基材料中的研究成果,重点综述了GO的分散方式、分散机理以及相应的力学性能改善机理;对比了不同GO分散方式的优缺点,分析了GO分散前后对水泥基材料微观结构和力学性能的影响;提出了目前研究存在的问题,并对未来研究趋势进行展望;旨在为后续GO在水泥基材料中的稳定应用提供参考,以促进制备高效功能化的GO水泥基复合增强材料。

不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能

为研究不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能,对单掺和复掺碳酸钙晶须、聚乙烯醇(PVA)纤维的水泥基材料分别进行电通量试验、电镜扫描观测及基本力学性能试验,分析不同纤维尺度、掺量及复合比例对水泥基材料抗氯离子渗透性能和基本力学性能的影响规律,并基于试验结果给出了多纤维复合增强水泥基材料的氯离子侵蚀深度计算模型。结果表明,不同尺度纤维可在不同结构层次上发挥对水泥基材料的增强作用,使得多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能明显优于单一纤维增强水泥基材料;多纤维复合材料的抗压强度与氯离子侵蚀深度及电通量大致呈反比例关系;当复合材料的抗压强度提高13.6%时,其氯离子侵蚀深度和总电通量则分别降低39.1%和44.7%;建立的氯离子侵蚀深度计算模型,可用于多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透和侵蚀性能评估。

纤维种类及橡胶含量对矿用水泥基材料性能影响研究

为研究纤维及橡胶含量对矿用水泥基材料性能的影响,采用水灰比0.34及不同种类纤维、橡胶含量制备的水泥砂浆,制作试验试件。利用MTS压力试验机对养护好的试件进行单轴压缩试验。试验结果表明:无纤维及掺入纤维14 d龄期试件抗压强度均可达到30 MPa,28 d时有少许上升;随着橡胶取代率的增加,试件抗压强度均明显减小;无纤维试件峰值应变在28 d时随着橡胶取代率的增加总体呈先减小后增大再减小的趋势;掺入2%聚乙烯纤维的试件,韧性明显增加;掺入2%钢纤维的试件,抗压强度明显增加;试件输入能、弹性能及耗散能增长率同橡胶取代率及纤维掺量的增加分别呈弱化和增强效应;随着橡胶取代率的增加或钢纤维的掺入,耗散能步长存在不同程度的增长,弹性能释放率显著降低,试件抗裂性能更佳;按材料性能将水泥基材料划分为高延性、高强度、高韧性、防冲击性及耐久性等5种类型研究,且对材料性价比进行了分析。研究结果可为改进水泥基材料性能、优化材料配方提供参考,为煤矿现场使用高韧性材料工程实践和可持续发展提供技术支持。

低温环境下含石灰石粉水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能研究

为提升低温硫酸盐环境下含石灰石粉水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能,采用脉冲电场加速硫酸盐侵蚀,通过观测试件外观形貌变化及利用XRD和FT-IR测定腐蚀物微观组分,对掺不同矿物掺合料的含石灰石粉水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能及机理开展研究。结果表明:掺加矿物掺合料可在不同程度上改善含石灰石粉水泥基材料的低温抗硫酸盐侵蚀性能,且复掺较单掺时的整体侵蚀抑制效果更加显著,但需满足矿物掺合料的最低掺量要求;建议单掺时水泥基材料中粉煤灰或矿粉的质量占比应分别不低于30%和50%,复掺时粉煤灰与矿粉的质量占比为50%~70%,且二者质量比以1.0∶1.5~1.0∶2.5为宜。此外,含石灰石粉水泥基材料在发生碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀(TSA)过程中,碳硫硅钙石衍射峰主要由钙矾石衍射峰右移后形成,表明其生成以钙矾石转化为主。因此,有效抑制钙矾石的生成是抑制含石灰石粉水泥基材料发生TSA的重点。

氧化石墨烯改性纤维增强水泥基材料的拉伸性能

为了提高聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料的力学性能,将氧化石墨烯(GO)引入PVA纤维增强水泥基材料中,探究GO掺量在0%~0.05%范围内对材料单轴拉伸性能的影响.结果表明:掺入适量的GO能够有效提高材料的单轴拉伸性能,当GO掺量为0.01%时,28 d时材料的初裂拉伸强度、极限拉伸强度和极限拉伸应变均达到最大值,与未掺GO的对照组相比分别提高了26.97%、31.28%、23.25%;适量的GO可以优化孔隙结构,减少材料内部缺陷,促进水化产物的生成,使微观结构致密化,增强纤维和基体间的界面结合力,从而改善PVA纤维增强水泥基材料的宏观性能.

氧化石墨烯对水泥基材料力学性能的影响及分子动力学模拟

通过力学性能试验及扫描电镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)等测试手段研究氧化石墨烯(GO)对水泥基材料力学性能及微观结构的影响。结果表明:相对于空白试样,掺量为0.02%的GO能够明显提高水泥净浆试块早期的抗压、抗折强度;同时,GO的掺入改变了氢氧化钙(CH)晶体的聚集状态,细化了CH晶体尺寸,使水泥石结构更加致密。为了从原子/分子层面探究GO对水泥水化反应的影响机理,采用分子动力学模拟软件Materials Studio(MS)模拟水泥水化产物CH在GO表面的移动和聚集状态,以及掺入GO前后CH力学性能的变化。模拟结果显示:随着水化反应的进行,钙离子与氢氧根离子向着亲水含氧基团位点处移动,逐渐聚集在GO分子周围,加速CH晶体的形成;掺入GO后,CH微观结构模型的杨氏模量相比未掺入GO的模型提高了26.9%,说明GO能够有效提升CH水化产物的力学性能。模拟结果与力学和微观性能试验结果具有较高的吻合度。

基于高岭土增韧环氧树脂水泥基材料的多强度组合指标配比优化法

煅烧高岭土能有效改善环氧树脂水泥基材料的力学性能,实验表明:煅烧高岭土可大大提高环氧树脂水泥基材料的3 d早期抗折、抗压强度,当高岭土掺量为30%时,改性环氧树脂水泥基材料的抗折及抗压强度分别提高了134.28%、106.25%;当高岭土掺量小于30%时,改性环氧树脂水泥基材料具有二次抗折强度,且抗折强度残余率大于50%。根据不同高岭土掺量对改性环氧树脂水泥基材料抗压强度、抗折强度、二次抗折强度的影响规律,提出了适用于不同结构工程受力特点的多强度组合指标配比优化法,获得了考虑二次抗拉强度影响的不同最大拉应力和最大压应力组合条件下最优的高岭土配比,为实际不同结构体不同部位不同受力特征的高岭土改性环氧树脂水泥基材料制备提供了理论依据。

仿木水泥基材料的发展研究综述

根据木材特性,结合现有水泥基材料着色、轻质化、强韧化和功能化四方面技术,可以制备出成本低、性能优、安全性高、轻质高比强的仿木水泥基复合材料,实现多维度性能的“仿木”。此外,对仿木水泥基材料的密度、强度、导热系数、颜料选择等指标提出了建议,并对未来的研究方向进行了展望。

纳米碳材料在水泥基材料中分散技术及表征方法的研究进展

纳米碳材料具有独特的结构和优异的性能,能够作为增强材料改善水泥基材料的性能,受到了广泛研究与关注,然而这均以纳米碳材料在水泥中能够良好分散为基础。纳米碳材料比表面积大,分子间作用力强,难以直接分散在水泥基体中,且分散效果也不易判断。本文系统梳理了常见的纳米碳材料在水泥基材料中团聚的机理,总结了近年来国内外学者采用的分散技术,详细分析了各种分散方法的机理与优缺点,同时列举了纳米碳材料在水泥基材料中分散效果的表征方法。在未来的研究中,可以重点开发更高效、更适合工业化生产的分散方法,研究纳米碳材料在水泥基体中真实分散状态的评价手段,助力纳米碳改性水泥基复合材料在实际工程项目中的规模化应用。

基于响应面法的地热钻采碳纳米管复合水泥基材料的研究

针对现有导热固井水泥存在的性能不足问题,本文研制了一种新型地热钻采碳纳米管复合水泥基材料(CNTs-CC)。首先,选用石墨、氮化硅作为主要导热填料,硅微粉作为热稳定材料,碳纳米管作为协同增强填料,初步研制出纳米复合水泥材料基础液;其次,基于响应曲面法Box-Behnken试验设计,开展17组配比优化试验,构建了以2 d抗压强度和导热系数为响应指标的二次多项式预测模型,结合方差分析和响应曲面考察了各因素对响应指标的影响,并得到胶凝材料最优配比;最后,对复合水泥基材料的工程性能进行评估,并结合XRD与SEM研究了材料的水化机理。结果表明:复合水泥基材料的导热性能与抗压强度受多因素交互作用影响,其中早强剂与减水剂交互影响显著;CNTs-CC水泥石28 d抗压强度达8.15 MPa,导热系数为2.236 W/(m·K);导热填料不参与水化过程,碳纳米管粉可发挥“填充”及“桥连”效应,外加剂调控水化进程。

水泥基材料热湿耦合传输性能

通过大气环境下水泥基材料热湿耦合传输试验,考察了温湿度梯度对湿传输、温湿度分布的影响。试验结果表明,湿传输随着温湿度梯度的增大而加快,且温度梯度比湿度梯度对湿传输的影响大;温度梯度比湿度梯度对温度分布的影响大;温湿度梯度对相对湿度分布的影响都比较大。因此,在水泥基材料热湿耦合传输过程中,水泥浆的湿传输比砂浆快,且应考虑热传输对湿传输的影响,但湿传输对热传输的影响可以忽略。计算结果表明,热湿耦合传输模型对水泥基材料具有较好的适用性。

水泥基材料无机纳米改性的研究进展

高性能水泥基复合材料的研究受到了广泛关注,纳米材料在促进水泥水化、提升水泥微观结构的致密性以及改善水泥基材料的力学性能和耐久性方面表现出色,赋予水泥基材料多样功能性的同时,减少水泥的添加量。从材料的机理层面出发,将不同维度的无机纳米材料对水泥基材料的水化、微观结构、力学性能以及耐久性等方面的影响进行了系统梳理,并展望了未来无机纳米材料改性水泥基材料的研究方向。

水泥基材料的拉伸徐变行为综述

为了理清水泥基材料拉伸徐变的影响因素和复杂机理,从拉伸徐变测试方法、内部组分影响、外部加载条件、拉伸徐变机理等方面对拉伸徐变行为进行综述.总结了拉伸徐变测试的困难性和新测试方法的优缺点;分析了内部组分的种类和掺量对拉伸徐变的影响,包括对水化和强度起主要作用的基体组分,以及影响细观界面滑移的骨料和纤维;基于温度-湿度-水化-滑移耦合作用的研究思路,分析了不同温湿度、加载龄期和应力水平下的拉伸徐变变化规律及影响机制;将拉伸徐变相关徐变机理进行梳理,提出了多场耦合-多尺度滑移的徐变机理分析模型.

产气微生物掺量对水泥基材料界面过渡区性能的影响

界面过渡区是混凝土结构中的薄弱部分,对混凝土的性能有重要影响。选用酵母菌作为产气微生物,研究了产气微生物掺量对水泥-骨料界面过渡区性能的影响。结果表明:酵母菌的加入加速了Ca(OH)_(2)的消耗,促进了CaCO_(3)、C-S-H等水化产物的生成,细化了界面过渡区结构,优化了界面过渡区产物组成,降低了界面过渡区宽度,并增加了显微硬度;当微生物掺量为80%时,界面过渡区的优化效果最佳,与无微生物时相比,界面过渡区的宽度减少了14.3%~15.4%,显微硬度增加了15.2%~25.1%。

玄武岩-聚乙烯醇纤维水泥基材料的高温性能

为改善工程水泥基复合材料在高温环境下的服役性能,本文制备了玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维工程水泥基复合材料。利用圆柱体抗压和狗骨型抗拉试件探讨玄武岩纤维对高温后力学性能的影响,并使用扫描电子显微镜和纤维断裂空间方法进行机理分析。试验结果表明:玄武岩纤维在高温后依旧填充在基体内部并传递微裂缝间的应力,其最佳的替换掺量为0.9%,此时抗压强度、弹性模量和抗拉初裂强度在600℃后分别较基准组提高了80.08%,101.83%和114.38%。同时机理分析表明:玄武岩纤维在受拉时往往在脱粘阶段发生断裂,过早失去对桥连裂缝的贡献,使其无法改善聚乙烯醇纤维融化引起的受拉脆性。

滨海环境下水泥基材料有机硅防护涂层的研究进展

有机硅涂料通过对侵蚀介质的传输抑制作用以及诱导结晶作用,赋予了水泥基体优越的表面防护效果,显著提升了混凝土结构的耐久性能与安全可靠性.本文归纳了有机硅涂料的分子结构特征及其对胶凝材料的作用机理,全面阐述了有机硅涂料对水泥基材料耐久性能的提升效果,探讨和展望了有机硅涂料在工程应用中存在的主要问题以及未来发展趋势,旨在为水泥基材料耐久性防护的深入研究与应用提供重要的理论指导与工程参考.