碳纳米管/矿物掺合料水泥基复合材料力学及自收缩性能

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矿物掺合料在实际工程中的应用与日俱增,众多纳米材料对矿物掺合料水泥体系的研究均已开展。碳纳米管作为典型的纳米材料之一,将其应用于水泥基材料中可改善基体性能。但目前关于碳纳米管/矿物掺合料水泥基复合材料的性能还缺乏系统的研究。本文在两种常用矿物掺合料水泥基复合体系中掺入多壁碳纳米管(MWCNTs),从而对其力学和自收缩性能进行较为系统的研究。并结合多种微观测试方法,深入探究MWCNTs对粉煤灰水泥基材料和矿渣粉水泥基材料的微观作用机理。主要成果及结论如下:(1)制备不同掺量的MWCNTs/粉煤灰水泥基复合材料和不同掺量的MWCNTs/矿渣粉水泥基复合材料,并分别测试其力学性能。结论如下,MWCNTs的掺入对粉煤灰水泥基材料和矿渣粉水泥基材料的抗折强度提高作用明显,可有效弥补粉煤灰水泥基材料早期抗折强度低的缺点。MWCNTs/矿物掺合料水泥基复合材料的抗折强度随MWCNTs掺量的增加呈先增后降趋势,且随养护龄期增大而逐渐增大;MWCNTs未能有效提高矿物掺合料水泥基材料的抗压强度;MWCNTs/矿物掺合料水泥基复合材料具有较强的弯曲韧性,断裂能,断裂点位移及极限荷载力均高于未掺入MWCNTs的矿物掺合料水泥基材料。(2)测试MWCNTs/矿物掺合料水泥基复合材料的自收缩值。结论如下,MWCNTs/粉煤灰水泥基复合材料的自收缩值随龄期增长而增加,且自收缩曲线大致可分为快速收缩,轻微膨胀和平稳收缩三个阶段;粉煤灰掺入有利于降低水泥基材料的自收缩值,适量MWCNTs的掺入有利于进一步降低粉煤灰水泥基材料的自收缩值;MWCNTs/矿渣粉水泥基复合材料的自收缩值随龄期增长而增加,且自收缩曲线分为快速收缩和平稳收缩两个阶段;矿渣粉掺入提高水泥基材料的自收缩值,适量MWCNTs的掺入有利于降低矿渣粉水泥基材料的自收缩值;MWCNTs/矿物掺合料水泥基复合材料的自收缩值随着水灰比增大而明显降低。(3)微观测试结论如下,MWCNTs不仅能够桥连阻断裂缝,吸收和传递荷载,而且能够填充水化产物间的孔隙,细化孔径分布,缓解毛细管应力,密实基体,从而改善其力学性能和自收缩性能。MWCNTs的掺入并未改变基体的水化产物类型,但促进C-S-H凝胶生成,降低Ca(OH)2结晶度。水化热测试表明,MWCNTs能够明显促进粉煤灰水泥复合浆体早期水化反应进行,但并不能有效促进矿渣粉水泥复合浆体的水化进程。
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