纳米碳纤维增强混凝土动态劈拉破坏的能耗规律 研究

采用Φ100 mm SHPB试验装置对纳米碳纤维(CNFs)体积掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的纳米碳纤维增强混凝土(CNFRC)进行了动态劈拉试验,分析了CNFRC动态劈拉破坏的能耗规律,并与碳纤维(CFs)体积掺量为0.3%的碳纤维增强混凝土(CFRC)进行了对比分析。结果表明:在动态劈拉破坏过程中,随着入射能平均变化率的增大,混凝土的应变率不断增大。采用二次多项式能较好地拟合应变率随入射能平均变化率的变化规律。CNFs可“加固”混凝土内部结构,从而使得CNFRC的应变率较普通混凝土小。CNFRC的吸收能具有明显的应变率效应和入射能平均变化率效应。在分析混凝土内部能量耗散时,建议采用入射能平均变化率作为自变量。CNFs可以提高混凝土的吸能特性和强度。入射能平均变化率相同时,随着CNFs掺量的增大,CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均先增大后减小。CNFs掺量为0.3%时,CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均最大。入射能平均变化率相同时,CNFs对混凝土强度的提高效果较CFs差,对混凝土吸能特性的提高效果接近CFs。

纳米碳纤维增强混凝土耐久性试验

为研究纳米碳纤维对混凝土耐久性的改善效果,进行了不同体积掺量(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%和0.5%)下纳米碳纤维增强混凝土的冻融循环实验、渗透实验以及碳化实验,另外通过SEM实验进一步探讨了纳米碳纤维对混凝土耐久性的微观改性机理。结果表明,纳米碳纤维能够通过纤维桥接、孔隙填充两种方式改善了混凝土的微观形貌,显著提高了混凝土的耐久性;掺量为0.3%时,纳米碳纤维增强混凝土的抗冻融性能、抗渗性能和抗碳化性能均达到最佳;冻融循环次数相同,随着纳米碳纤维掺量的增加,混凝土的质量损失率和抗压强度损失率均先减小后增大;混凝土的渗水高度和相对渗透系数均随纳米碳纤维掺量的增加呈现先减小后增大的趋势;相同碳化龄期下,随着纳米碳纤维掺量的增加,混凝土的碳化深度先减小后增大;但掺量为0.5%的纳米碳纤维增强混凝土的抗冻融性能、抗渗性能和抗碳化性能仍优于素混凝土。

纳米碳纤维增强混凝土的介电特性

为研究纳米碳纤维增强混凝土的介电特性,发现纳米碳纤维增强混凝土对电磁波的反射与损耗规律,采用波导法测试纤维掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的纳米碳纤维增强混凝土在1.7~2.6 GHz频率范围内的介电常数。分别从相对复介电常数实部、相对复介电常数虚部、损耗角正切等方面分析了纤维掺量、频率对纳米碳纤维增强混凝土介电特性的影响,并对比分析0.3%纤维掺量下纳米碳纤维和普通碳纤维对混凝土材料介电特性的影响。结果表明:纳米碳纤维的掺加提高了混凝土材料相对复介电常数实部和虚部、损耗角正切,增强了混凝土材料对电磁波的损耗能力;纤维掺量越大,纳米碳纤维增强混凝土介电特性越强,对电磁波的损耗能力越大;纳米碳纤维对混凝土材料介电特性的提高效果强于碳纤维。

碳纳米管/聚丙烯腈纤维增强混凝土的抗裂性能

结合PTS-E0系统、WA-1000B试验机,测试碳纳米管/聚丙烯腈复合纤维增强混凝土的抗裂性能和力学性能,建立混凝土综合抗裂模型,结果显示:掺入复合纤维后,混凝土的抗压强度和劈裂强度均得到有效提升,且表面裂缝问题得到有效缓解;随复合纤维掺量的增大,混凝土的抗裂性能和力学性能均不断提升,但在工程实践应用时需要结合实际要求确定复合纤维的用量。

水灰比、砂率及纳米碳纤维对混凝土微波加热性能的影响

通过调整水灰比和砂率,研究了混凝土基本参数对其微波加热性能的影响,并对比分析了水灰比和砂率对混凝土力学性能及微波加热性能的影响程度。为提高混凝土的微波加热性能,以纳米碳纤维为吸波剂,研究了其对混凝土升温速率、温度分布、除冰效率等的影响。并通过介电常数试验和电阻率试验,分析了纳米碳纤维的影响机理。结果表明:随着水灰比和砂率的增大,混凝土的微波加热性能不断增强。与水灰比相比,砂率的改变对混凝土微波加热性能的影响程度更大。改变砂率对于混凝土微波加热性能的影响比对力学性能的影响更为显著。纳米碳纤维通过增大混凝土的介电常数、降低混凝土的电阻率,从而增强混凝土的介电损耗能力和电阻损耗能力,进而提高混凝土的微波加热性能。纳米碳纤掺量越大,混凝土的微波加热性能越佳。

碳纤维对纳米偏高岭土再生混凝土抗折强度及微观结构影响试验研究

为了充分利用再生混凝土资源,采用碳纤维对纳米偏高岭土再生混凝土抗折强度进行改性,以不同碳纤维和纳米偏高岭土掺量作为变量制备再生混凝土,结合压汞法及扫描电镜研究再生混凝土孔隙结构及微观形貌特征,分析碳纤维对纳米偏高岭土再生混凝土的改性机理。结果表明:碳纤维对再生混凝土抗折强度增强效果显著,在不同纳米偏高岭土掺量下,碳纤维适配掺量有所不同,当纳米偏高岭土掺量为7%、10%、12%时,碳纤维最佳掺量分别为0.1%、0.15%、0.2%,当纳米偏高岭土掺量为10%,碳纤维掺量为0.15%时,抗折强度达到最大值,较普通再生混凝土强度增幅为59.1%;碳纤维的掺入细化了再生混凝土内部的孔隙结构,使有害孔和多害孔的比例降低,少害孔的比例增加;碳纤维在再生混凝土内部起到承载及阻裂作用,纳米偏高岭土的填充效应以及火山灰活性增强了界面过渡区的粘接强度,使碳纤维更能发挥其作用,进而促进再生混凝土强度的提高。

碳纳米纤维混凝土防腐性能试验与检测

基于复合改性方法,提出改性碳纳米纤维高耐久性混凝土,以解决污水环境中材料耐久性不足的问题。实验结果表明,纤维混凝土的耐腐蚀性能得到改善,试件的强度保持率提高了6%。无机铝盐改性混凝土的效果显著提高,剩余强度为44.68 MPa,提高40%,强度保持率为26%,因此无机铝盐的效果更好。

碳纤维增强混凝土的抗渗性能试验分析

为探究碳纤维对于混凝土抗渗性能的改善效果,通过制备17组圆台形的碳纤维增强混凝土抗渗试件,并采用水压法开展抗渗性能测试,基于正交试验分析了相关因素对混凝土抗渗性能的影响规律。结果表明:对于影响碳纤维增强混凝土抗渗性的指标,其影响顺序为碳纤维质量分数>硅粉质量分数>甲基纤维素质量分数>碳纤维长度;碳纤维长度对混凝土抗渗性的影响基本可以忽略;碳纤维、甲基纤维素及硅粉的质量分数分别为0.500%、0.022%、0.180%时,改性C40混凝土试件取得最低2.8 cm的渗透高度,相比常规混凝土的降幅达50.0%。

碳纤维增强树脂基复合材料的层间颗粒增韧技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高强高模的优点,被广泛应用于汽车、体育、船舶、航空航天等领域,达到了材料轻量化的要求。目前使用较多的树脂基体以环氧树脂(EP)等热固性树脂为代表,普遍存在脆性大、韧性差的问题,导致复合材料层合板容易在层间发生开裂。层间增韧是一种有效的增韧方式,它可以在不改变基体树脂粘度的情况下对特定区域进行增韧,提高材料的断裂韧性。本文介绍了层间断裂模式并总结了层间断裂韧性(ILFT)测试的数据处理方法,总结了聚合物颗粒与无机纳米颗粒(主要是碳纳米管)的颗粒种类、增韧机制、引入方式,并主要通过层间断裂韧性评价了各种颗粒的增韧效果。

碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土力学性能研究

碳纳米管-碳纤维复合增强体(CNTs-CF)是一种在碳纤维(CF)表面引入碳纳米管(CNTs)构筑而成的新型纤维材料。按照利用CNTs-CF作为跨尺度增强组分对混凝土进行改性的思路,制备出五种CNTs-CF体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)的碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土(CCMC),测试了CCMC的抗压强度、抗折强度、折压比(抗折强度与抗压强度的比值)及破坏形态等性能指标,进而结合扫描电镜(SEM)图像,分析了CNTs-CF对混凝土基本力学性能的增效机理。结果表明:掺加适量的CNTs-CF有利于混凝土抗压强度和抗折强度的提升,并且CNTs-CF在混凝土基体中的体积掺量存在相对最佳值。与未配置CNTs-CF的普通混凝土相比,当CNTs-CF体积掺量为0.3%时,CCMC的抗压强度提高了8.79%,抗折强度提高了27.76%。在本试验的纤维掺量范围内,CCMC的折压比随CNTs-CF体积掺量的增加呈现出递增趋势,提高幅度为8.47%~19.16%。掺入CNTs-CF后,混凝土的脆性破坏特征有所减弱,在受荷失效时,其仍可保持较好的完整性,坏而不散、裂而不断。CNTs-CF的表面粗糙程度和比表面积显著增大,较CF表现出更加优越的强韧化效应,构成CNTs-CF的CNTs和CF可分别在纳米、微米层级上发挥各自的改性优势,同时又可相互协同、互为补充,改善混凝土材料的微观结构,从而对其力学性能进行有效强化。

碳纤维聚合物筋约束钢纤维混凝土柱双轴弯曲性能研究

为研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固对钢筋混凝土柱力学行为的影响,开展了双轴弯曲载荷下CFRP约束素混凝土柱和钢纤维混凝土细长柱压弯性能试验,探究钢纤维掺量、CFRP层数以及载荷偏心距对柱试件抗弯特性的影响。试验结果表明,与参照组(无CFRP)相比,CFRP的环箍作用显著提高了钢筋混凝土柱强度、延性以及抗变形能力。同时,还提出了一种在轴向载荷和双向弯曲作用下适合CFRP约束钢筋混凝土细长柱的数值计算方法,该方法引入了约束混凝土的双折线本构模型以及钢筋、CFRP的应力应变模型,对CFRP约束钢筋混凝土柱结构性能进行预测,计算结果与实测值均吻合较好。

基于碳纳米纸传感器和深度学习的碳纤维复合材料损伤监测

纤维增强树脂基复合材料损伤机理复杂,为保证其长期稳定应用,需要采用先进的健康监测技术对其进行损伤监测。基于碳纳米纸传感器可灵敏监测电阻变化,对碳纤维增强聚合物(carbon fibre reinforced polymer composite,CFRP)复合材料进行冲击损伤监测,并设计出一套基于人工神经网络(artificial neural network,ANN)深度学习算法的损伤监测系统。通过数据分析可知,该系统可长期有效地监测CFRP的损伤发生与位置预测,且损伤位置精确度高达92%。该损伤监测系统可实现对复合材料健康状况的评估。

纤维增强混凝土的耐久性能研究现状简述

随着建筑要求的不断提高和混凝土研究的发展,纤维增强混凝土作为一种高性能的新型材料,越来越受到土木行业的欢迎。本文将从抗氯离子侵蚀性、抗渗透、抗冻融和抗碳化性能这四个方面来综述近年来国内外关于纤维对混凝土耐久性影响的研究进程,分析并总结在渗透、氯离子侵蚀性、冻融和碳化环境下,纤维对混凝土耐久性能影响机理。

碳纤维补强预应力钢筒混凝土管试验研究

针对预应力钢筒混凝土管道(PCCP)在使用过程中出现的裂缝、断丝等劣化现象,提出一种“一纵三环”黏贴碳纤维布加固PCCP管的方法。为验证该法修复PCCP断丝管的效果,采用3根2.2 m直径PCCP管在管芯混凝土内表面黏贴碳纤维增强复合材料(CFRP)进行加固试验。按不同温度和湿度组合黏贴CFRP,并分别在自然养护7 d和浸水30 d后进行正拉接性能试验。结果表明,自然养护条件下正拉接强度随着黏贴温度的升高而升高,随湿度增加呈先降低再升高的趋势;浸水养护后正拉接强度有所降低,为自然养护强度的80%。

纳米碳纤维改性混凝土的力学性能及抗冻性能研究

纳米碳纤维凭借着高的抗拉强度和弹性模量,被广泛应用于水泥混凝土的增韧剂。通过在混凝土材料中掺入不同含量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))的纳米碳纤维,研究了纳米碳纤维掺杂量对混凝土力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂未生成新的产物,但加速了水化反应的进行,增加了改性混凝土的结构致密性,减小了孔隙和缺陷的数量。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,改性混凝土的形貌结构最佳。随着纳米碳纤维掺杂量的增加,改性混凝土的抗压强度、抗折强度和磨损量降低比率先增大后减小,单位面积的磨损量和80次冻融循环时刻的质量损失率先减小后增大。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,改性混凝土28 d的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为47.83和5.92 MPa,单位面积的磨损量最小为1.12%,磨损量降低比率最大为55.56%,80次冻融循环时刻的质量损失率最小为1.23%。综合各分析可知,纳米碳纤维的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。

纳米粒子和钢纤维增强混凝土抗碳化和抗渗性能

为探明纳米粒子和钢纤维对混凝土抗碳化性能和抗渗性的影响,采用混凝土渗水高度试验法测得了抗渗试件在压力水作用下的渗水高度,并对试件进行了3,7,14 d,28 d碳化试验,测得了试件相应龄期的碳化深度。纳米粒子的掺量分别为1%,3%,5%,7%,9%,钢纤维体积掺量分别为0.5%,1%,1.5%,2%,2.5%。试验结果表明:纳米SiO_2在一定掺量范围内可以提高混凝土的抗碳化性能,但过量就会对混凝土抗碳化性能产生不利影响;随着纳米SiO_2掺量的增加,混凝土的抗渗透性能先增强后降低;掺入适量钢纤维可以提高纳米混凝土的抗碳化性能,但过量的钢纤维会降低纳米混凝土的抗碳化性能;掺入钢纤维会降低纳米混凝土的抗渗性能。

纳米碳纤维增强混凝土抗冻性能试验

对六种不同纳米碳纤维掺量的72个纳米碳纤维/混凝土试件进行了慢冻融循环试验,通过测量纳米碳纤维/混凝土经不同冻融循环次数作用后的抗剥落能力、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度损失率,研究了纳米碳纤维掺量对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的影响。另外进行了纳米碳纤维/混凝土的FE-SEM试验和压汞试验,分析了纳米碳纤维对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的微观改性机制。结果表明:纳米碳纤维通过改善混凝土的微观形貌,细化其孔隙结构,提高其整体性和密实度,显著改善了混凝土的抗冻性能;纳米碳纤维掺量为3vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能最佳。同普通混凝土相比,300次冻融循环后,纳米碳纤维/混凝土的相对动弹性模量提高了33.2%,抗剥落能力显著增强;相同冻融次数下,随着纳米碳纤维掺量的增加,纳米碳纤维/混凝土相对动弹性模量和抗压强度损失率均先增大后减小,质量损失率先减小后增大。但纳米碳纤维掺量最大为5vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能仍优于普通混凝土;冻融循环次数越多,纳米碳纤维对混凝土抗冻性能的改善作用越显著。

多壁碳纳米管增强环氧胶粘剂的性能

为了充分发挥陶瓷材料抗压性能好和碳纤维材料高比刚、高比强、耐冲击性能好等优点,实现两者稳定、高效的连接,采用多壁碳纳米管(MWCNTs)对环氧胶粘剂进行增强改性,探讨了MWCNTs添加量以及胶层厚度对CFRP-陶瓷接头剪切强度和断裂模式的影响。3D轮廓仪、旋转流变仪、综合热分析仪及胶接接头力学性能测试结果表明:MWCNTs提高了CFRP-陶瓷接头的剪切强度,当MWCNTs质量分数为1.00%、胶层厚度为0.5 mm时,接头剪切强度达到最大值20.01 MPa,提高了19.96%;同时,不同胶层厚度的CFRP-陶瓷接头经历不同的失效阶段,胶层厚度为0.5 mm,表现在搭接区端部胶层开裂,胶层厚度超过1.0 mm,表现在搭接区端部胶层开裂逐渐向胶层内部断裂过渡;在此最优含量下,改性后环氧胶粘剂固化反应速率最大、热分解温度最高、热稳定性最佳,热分解残余剩余率提高了9.57%,但是,纳米颗粒的增强效果与其团聚性能相关,随着纳米颗粒含量增加,改性效果反而降低。

碳纤维增强尼龙复合材料表面改性研究进展

碳纤维增强尼龙复合材料因其轻质高强、具有优异的耐腐蚀和热稳定性等优点,在航空航天、汽车等领域得到了广泛应用。综述了近几年来碳纤维增强尼龙复合材料表面改性在干法、湿法和纳米材料多尺度三个改性方面的研究进展,描述了三种改性方式的机理原理、研究思路和技术手段,指出了该复合材料在力学性能和润湿性能等方面的优势,并总结了目前碳纤维增强尼龙复合材料表面改性存在的主要突出问题和相应的解决措施,最后针对该复合材料的研究方向和应用前景进行了展望。

碳纤维增强混凝土缺口梁承载力试验研究

利用纤维薄板对混凝土构件进行加固或修补以提高其承载能力及延长使用寿命是一种新的先进补强方法 .本文通过改变试件的缺口高度 ( a0 )和纤维薄板长度( LX) ,对素混凝土以及碳纤维薄板增强混凝土三点弯曲缺口梁试件进行对比试验研究 ,探讨两种梁的破坏机理及其极限承载力 .试验及分析结果表明 ,采用碳纤维薄板外贴在梁的底部可提高梁的整体刚度和强度 ,抑制混凝土中裂缝的扩展 ,改变梁的破坏模式 ,并大大提高其极限承载能力 (可提高 1.7～ 6.9倍 ) .