聚合物-水泥基复合材料相关术语的思考与商酌

从复合材料的定义和命名原则以及知识分类理论的角度讨论了聚合物-水泥基复合材料研究领域相关术语的定义与用法,分析了当前所用一些术语的不足,并对规范该领域的个别术语提出建议。希望业内同行和学术界就其中一些问题展开讨论,以促进聚合物-水泥基复合材料这种新型材料的相关技术术语的规范化和正确使用。

RTP-PVA混杂纤维的工程水泥基复合材料干缩性能试验研究

为研究回收轮胎聚合物(recycled tyre polymer,RTP)和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)混杂纤维对工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC)干缩性能的影响,对RTP-PVA混杂纤维总体积分数为2.0%的ECC进行流动性、直接拉伸和干缩试验,并分析混杂纤维作用机理和干缩计算模型.结果表明:RTP纤维替代率为12.5%~50%对ECC流动性影响不大,比单掺PVA纤维的ECC流动性降低1.09%~3.69%.ECC的抗拉强度随RTP纤维替代率的增加而降低,不同比例的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC抗拉强度降低了23.6%~56.6%.不同比例混杂纤维ECC干缩率曲线趋势相近,7 d时干缩率为28 d时的80.92%~82.77%.ECC的干缩率随RTP纤维替代率的增加而降低,28 d时不同RTP纤维替代率的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC干缩率降低了0.80%~2.09%.RTP-PVA混杂纤维可在ECC中协同发挥作用抑制基体干缩,结合试验结果得到适合RTP-PVA混杂纤维ECC的指数型干缩预测模型.

仿生高韧水泥基复合材料制备技术及增韧机理

为了提升混凝土基体的韧性,基于贝壳珍珠层独特“砖-泥”结构,采用水泥石与有机聚合物制备出具有仿生“砖-桥-泥”结构的高韧水泥基复合材料.通过三点弯曲试验、扫描电子显微镜及有限元模拟方法研究了仿生水泥基材料的抗折强度、韧性及增韧机理.结果表明,相较于传统水泥的脆性断裂模式,仿生水泥基材料表现出明显的延性断裂特征,包括峰后曲线渐进下降、跨中挠度大幅增加等.基于有机聚合物的多尺度桥接-伸展效应,仿生水泥基材料内部呈现明显的裂纹偏转及分支现象,体现了仿生“砖-桥-泥”结构的内外协同增韧机制.仿生水泥基材料能够在保证95%抗折强度的基础上,将水泥基体的韧性提高179.45%,可为解决混凝土增韧降脆问题提供新的技术路径.

适合矿井防治水的水泥基化学复合材料研究

深层煤矿井开采过程中极易出现巷道涌水等事故,为了解决传统水泥基支护材料硬脆性强、韧性差以及抗渗能力弱的问题,以醋酸乙烯酯和聚乙烯醇为主要原料,在乳化剂OP-10和SDS的作用下,制备了一种改性聚合物乳液PVEA-1,并将其与水泥、粉煤灰、砂和PVA纤维等材料相结合,制备出了一种新型水泥基化学复合材料。考察了水泥基化学复合材料的基本物理性能、力学性能和抗渗性能,结果表明,改性聚合物乳液PVEA-1能够有效提高水泥基化学复合材料的流动度和保水率,并且随着PVEA-1加量的不断增大,水泥基化学复合材料的抗压强度逐渐降低,抗折强度先升高后降低,压折比先降低后升高,吸水率逐渐降低。当PVEA-1的加量为8%时,水泥基化学复合材料的综合性能较好,具有较高的韧性和抗渗能力,能够作为深层煤矿井防治水的支护材料使用。

混杂纤维高韧性水泥基复合材料弯曲性能试验研究

为研究三种纤维混杂对高韧性水泥基复合材料(ECC)弯曲性能的影响,将聚乙烯(PE)纤维与钢纤维(SF)、玄武岩纤维(BF)混杂,通过21组四点弯曲试验,分析试件的受力、破坏过程及不同混杂纤维掺量对弯曲性能的影响,并将弯曲性能试验结果与拉伸性能试验结果进行比对,得到混杂纤维ECC的弯、拉对应关系。研究结果表明:与单掺PE相比,复掺纤维可有效提高ECC的弯曲极限强度,但会损失一定程度的延性。钢纤维掺量对延性性能影响较大,建议钢纤维掺量不超过0.4%,且总纤维掺量不超过2.3%。玄武岩纤维对混杂纤维ECC起到良好的增强、增加延性作用。基于弯-拉关系得到的极限拉伸应变与试验值吻合良好,因此四点弯曲试验可以代替单轴拉伸试验来评价混杂纤维ECC的力学性能。

一种高韧性水泥基复合材料单轴抗压应力-应变本构模型

为研究纤维材料对高韧性水泥基复合材料抗压性能及应力-应变本构关系的影响,设计制作四组标准立方体试件,并对其进行抗压试验,观察试件受力的全过程和破坏形态。结果表明,高韧性水泥基复合材料抗压性能较普通混凝土均有一定程度的下降;在受压过程中,高韧性水泥基复合材料剥落量较少,破坏后仍能保持一个整体;钢纤维高韧性水泥基复合材料试件抗压强度较高。用已有本构模型对系数进行修正,提出高韧性水泥基复合材料应力-应变曲线修正模型,修正模型计算结果与试验结果吻合良好,能够较好预测高韧性水泥基复合材料抗压趋势。

雷电流A分量作用下碳纤维增强聚合物基复合材料的损伤研究

为了分析碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)在雷电流A分量下的损伤特性,对CFRP开展了标准化人工雷电实验,并建立了CFRP雷击损伤的电-热耦合有限元仿真,对比分析了不同峰值雷电流A分量下CFRP表观损伤、C扫内部损伤和仿真损伤结果。结果表明,不同峰值电流作用下CFRP的雷击损伤模式相同,雷电通道中的电荷和复合材料各向异性热电属性共同决定了雷击损伤的分区特性;复合材料各向异性热电属性影响内部电场和温度场分布,形成方向性极强的热损伤形态,且峰值电流会直接影响CFRP雷击热损伤程度。

聚合物水泥基复合材料的防腐性能研究

聚合物水泥基复合材料具有良好的隔绝和密封性能,是一种性能优异的复合材料。按照各原料(水泥、乳液和水)的比例不同配制几种该材料的浆体,并涂覆至打磨光滑的马口铁板上制成样板,分别对样板进行了常温养护、抗紫外线老化、盐水浸泡和户外暴晒实验,结果表明其具有良好的防腐效果。同时,涂层腐蚀前后物理性能的变化证明其具有良好的耐腐蚀性能。研究结果为该材料在防腐领域的应用提供了依据。

钢纤维增强聚合物水泥基复合材料界面特性

采用聚丙烯酸酯乳液 (PAE)、苯乙烯 -丙烯酸共聚乳液 (SA )、聚乙烯醇缩甲醛水溶液 (PVFO)对钢纤维增强水泥基复合材料进行改性 ,发现聚合物提高了复合材料的宏观性能如抗弯强度、韧性、纤维与水泥基体界面粘结强度。红外光谱分析表明 ,聚合物加入后其活性官能团与水泥或集料间发生化学健合 ,DSC放热曲线表明 ,加入聚合物后混合物的放热峰值提高 ,验证了红外光谱的结果。通过聚合物与水泥石之间的化学键合强化了钢纤维与水泥基体间界面 ,形成强度。

一种新型石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料的制备及光催化应用

二维石墨烯优异的理论电子迁移率,为石墨烯与粉煤灰地质聚合物的复合以及半导体光生电子的传输提供了理论依据。本工作首次报道了石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合光催化材料的制备,并将其应用于光催化染料降解的探索性研究。XRD、FESEM、XPS及FT-IR结果表明:粉煤灰颗粒与碱性激发剂反应,生成Si-O-Si(Al)无定形网络结构的石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料,Co^(2+)掺杂的Fe_2O_3以无定形态均匀地分布于石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料表面。Co^(2+)-10Fe_2O_3-GAFG复合材料对碱性品蓝染料展现出最高的光催化降解活性,归因于Co^(2+)掺杂提供给Fe_2O_3半导体的施主能级,石墨烯对Fe_2O_3光生电子的快速传输,以及羟基自由基(·OH)对染料分子氧化降解的协同作用。该光催化降解反应符合二级反应动力学。

聚合物基有机-无机纳米复合材料研究及应用前景

分别阐述了聚合物基有机-无机纳米复合材料的制备方法,并介绍了不同纳米复合体系的应用现状,最后展望了聚合物基有机-无机纳米复合材料的应用前景。

时间-温度-湿度对聚合物基复合材料性能影响研究

根据聚合物基复合材料的粘弹性,认为湿度与温度、应力等因素对材料特征时间的影响相似,具有等效性。依据自由体积膨胀理论,推导了温度-湿度联合位移因子的表达式,提出了时间-温度-湿度等效原理。应用时间-温度-湿度等效原理,提出了构造材料参考温湿度下蠕变主曲线的2种实验路径。

聚合物对水泥基复合材料性能的影响

聚合物与水泥进行合理、有效地复合,开发聚合物水泥基复合材料,是研制高效节能建材的有效途径之一。通过研究不同玻璃化温度、不同pH值的聚合物对水泥基复合材料抗压、抗折强度的影响,得出玻璃化温度存在一个最佳值,碱性的聚合物改性水泥砂浆的力学性能最高。

钢纤维增强聚合物水泥基复合材料界面特性

采用聚丙烯酸酯乳液(PAE)、苯乙烯-丙烯酸共聚乳液(SA)、聚乙烯醇缩甲醛水溶液(PVFO)对钢纤维增强水泥基复合材料进行改性,发现聚合物提高了复合材料的宏观性能如抗弯强度、韧性,对纤维与水泥基体界面粘结强度有很大程度的提高.红外光谱分析表明,聚合物加入使其活性官能团与水泥或集料间发生化学键合,DSC放热曲线表明,加入聚合物后混合物的放热峰值提高,验证了红外光谱的结果.通过聚合物与水泥石之间的化学键合强化了钢纤维与水泥基体间的界面层,形成强度、韧性很好的具有"互穿网络"的钢纤维增强复合材料.

氟改性丙烯酸酯对聚合物水泥基复合材料抗老化性能影响研究

分别对氟改性丙烯酸酯乳液和普通纯丙乳液为有机组分的聚合物水泥基复合材料进行紫外人工加速老化试验,并对其进行附着力、抗冲击性和抗弯折性测试。实验结果表明,氟改性丙烯酸酯较普通纯丙乳液拥有更好的抗老化性能。

全沙漠砂纤维水泥基复合材料单轴受压尺寸效应试验研究

为探究新疆地区全沙漠砂制备水泥基复合材料ECC(engineered cementitious composite)的可行性,并研究全沙漠砂ECC的单轴受压尺寸效应,在对沙漠砂、石英砂和河砂三种骨料制备的ECC宏观力学性能及微观结构分析比较的基础上,重点对5组不同尺寸的沙漠砂ECC试件进行了单轴压缩性能试验。结果表明:在相同的材料配比下,完全使用沙漠砂制备的ECC,其抗压、抗拉以及抗折强度均与其余两种砂制备的ECC相近,沙漠砂ECC中纤维表面较少的附着物和较为完整的形貌对其发挥桥联作用有益;全沙漠砂ECC单轴受压性能具有尺寸效应;提出的高厚比与抗压强度的关系表达式、不同高厚比的应力-应变全曲线模型均与试验结果吻合较好。

聚合物基水泥柔性复合材料在腐蚀环境下的剪切力学性能

针对机场道面填缝料易腐蚀破坏的问题,研制出一种新型聚合物基水泥柔性复合材料(PCFC)。考虑到材料在工作环境下容易遭受酸、碱和航油腐蚀,研究了酸溶液、碱溶液和航油侵蚀对PCFC的剪切力学性能的影响规律,对不同侵蚀时间的PCFC进行了剪切力学性能试验。结合扫描电镜试验和压汞测孔试验,分析了酸溶液、碱溶液和航油侵蚀对PCFC对微观形貌及孔结构的影响机理。结果表明:PCFC在酸和碱溶液侵蚀下仍具有良好的工作性能,PCFC试件的剪切强度、剪切变形性能、剪切能耗性能随着酸溶液、碱溶液、航油侵蚀时间的增长分别有着不同程度的削弱,其中经航油侵蚀后试件的剪切性能降幅最大,航油侵蚀30 d后其剪切强度、剪切峰值应变、剪切韧度分别降低68%,64.8%和87.4%,而酸和碱溶液侵蚀30 d后其剪切强度仅分别降低19.9%和15.8%,剪切韧度分别下降39.4%和34.5%,剪切峰值应变却分别提高13.9%和13.8%;酸、碱、航油侵蚀会导致PCFC的孔隙量和孔径尺寸增加,进一步验证了酸、碱溶液、航油能够引起聚合物分子溶胀软化,致使聚合物分子链断裂,使得复合材料具有低伸展度的剪切性能;在实际腐蚀环境应用中,PCFC维持其剪切性能的能力明显优于传统填缝料,具备良好的使用性能和广阔的应用前景。

SAP对高性能工程水泥基复合材料性能的影响

高收缩率是限制高性能工程水泥基复合材料(HP-ECC)大规模工程应用的瓶颈之一。本文通过引入超吸水性聚合物(SAP)来缓解HP-ECC的收缩,研究了不同掺量的SAP对HP-ECC抗压强度、抗折强度、拉伸性能、自收缩和干燥收缩性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了SAP对HP-ECC拉伸后纤维表面形貌变化的影响。结果表明,HP-ECC中掺入SAP后的抗压强度和抗折强度降低,自收缩和干燥收缩得到缓解,且自收缩和干燥收缩随SAP掺量的增加而降低。此外,HP-ECC的拉伸强度降低,拉伸延伸率提高。SAP的引入降低了基体的断裂韧度,使基体更容易形成微裂缝,从而改善了HP-ECC的应变硬化行为和多缝开裂现象。随着SAP掺量的增加,纤维从基体中拔出时的表面形貌越来越光滑,纤维-基体界面黏结性能降低。

盐雾干湿循环作用下超高韧性水泥基复合材料动态压缩性能试验研究

为研究滨海盐雾环境下超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的动态压缩力学性能,对2组不同腐蚀程度的UHTCC(腐蚀周期为0 d和60 d)开展3组不同应变率(10^(−4)s^(−1)、10^(−3)s^(−1)和10^(−2)s^(−1))的动态压缩力学试验,获得了材料的动态压缩应力-应变曲线和破坏形貌,分析了应变率对不同腐蚀程度的UHTCC弹性模量、峰值强度以及峰值应变的影响。结果表明:相比于未腐蚀试件,60 d盐雾干湿循环作用会导致UHTCC动态压缩强度分别提高44.5%、54.4%和62.4%,动态弹性模量分别提高19.4%、15.3%和28.4%,压缩强度的应变率敏感性上升。通过X射线电子计算机断层扫描(XCT)技术发现盐雾干湿循环环境下材料的孔隙率降低,微观结构变得更加密实。

基于多层注塑-多次压缩方法制备PP基导热复合材料

为了解决电子设备的散热问题,提高电子设备的稳定性和使用寿命,采用注射成型(IM)和注射压缩(IC)2种不同的加工方法制备具有优良性能的聚丙烯(PP)粒料/石墨烯微米片(Gmp)及PP粉料/Gmp复合材料,PP粒料/Gmp和PP粉料/Gmp复合材料中的Gmp填料含量分别为6%、8%和10%。为了研究不同的加工方法对复合材料的力学性能和热导率的影响,采用IC(6×0.5 mm)制备的PP粒料/10%Gmp复合材料(0.374 4 W/(m·K))具有较好的导热性,与采用IM制备的PP粒料/10%Gmp复合材料(0.293 5 W/(m·K))相比,提高了27.56%。此外,PP粒料/10%Gmp复合材料具有较好的力学性能,拉伸强度和断裂伸长率分别为20.921 MPa和9.309%。IM方法在连续生产导热复合材料领域具有较大的发展潜力。