本文關(guān)鍵詞：碳納米管硫鋁酸鹽水泥基復(fù)合材料制備及性能

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【摘要】：硫鋁酸鹽水泥具有早強(qiáng)、快硬的特性,是特種水泥的一種。生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥熟料不僅能耗低、易粉磨,并且二氧化碳排放量也很少,僅為硅酸鹽水泥的二分之一左右,因此是一種節(jié)能、環(huán)保水泥。即便如此,硫鋁酸鹽水泥仍然屬于一種韌性較差,抗折強(qiáng)度低的脆性材料,易產(chǎn)生裂紋,建筑結(jié)構(gòu)的使用年限和安全性能會(huì)受到很大影響,因此研究人員應(yīng)致力于增強(qiáng)水泥混凝土韌性方面的研究,提高水泥材料的安全性。多壁碳納米管(Multi-wall Carbon Nanotubes, MWNTs)屬于富勒烯家族,長(zhǎng)度為幾微米,卻具有納米級(jí)直徑,通常為幾納米到幾十納米,由大量空心圓柱管嵌套而成。最早由日本電鏡學(xué)家Iijima于1991年通過(guò)高分辨率透射電鏡發(fā)現(xiàn),被譽(yù)為21世紀(jì)最有前途的納米級(jí)材料。碳納米管具有超強(qiáng)的力學(xué)性能,優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性能,因此考慮將碳納米管加入到硫鋁酸鹽水泥中,提高硫鋁酸鹽水泥的強(qiáng)度。本論文結(jié)合課題組對(duì)于碳納米管分散性能的研究,選擇阿拉伯樹(shù)膠粉(GA)作為碳納米管分散劑,研究了不同超聲時(shí)間和超聲功率對(duì)碳納米管分散性的影響；接著研究了碳納米管硫鋁酸鹽水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能和微觀作用機(jī)理,通過(guò)碳納米管與硫鋁酸鹽特種水泥的復(fù)合,擴(kuò)展碳納米管在水泥基材料中的應(yīng)用。(1)使用GA為分散劑,制備了不同超聲時(shí)間和不同超聲功率的碳納米管懸浮液,通過(guò)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)懸浮液的吸光度進(jìn)行測(cè)試,分析了超聲時(shí)間對(duì)吸光度的影響。同時(shí),結(jié)合納米粒度、Zeta電位分析以及TEM等微觀測(cè)試手段,表征碳納米管的在GA溶液中的分散性。結(jié)果表明：隨著超聲時(shí)間的增加,碳納米管懸浮液的吸光度和濃度越來(lái)越高,在超聲時(shí)間100min時(shí)達(dá)到最大值,平均粒徑越來(lái)越小,Zeta電位表明超聲處理的時(shí)間越長(zhǎng),所測(cè)得Zeta電位絕對(duì)值越大,說(shuō)明分散的溶液越穩(wěn)定。超聲功率實(shí)驗(yàn)結(jié)果與超聲時(shí)間對(duì)碳納米管分散性影響相類似,碳納米管的吸光度以及濃度會(huì)隨著超聲功率的增大而增加,超聲功率360W時(shí),碳納米管在260nm處的吸光度和濃度達(dá)到最大值,分別為2.62、0.205g/L,繼續(xù)加大超聲功率,碳納米管懸浮液的吸光度和濃度又有所降低。Zeta電位也表明在超聲功率360W時(shí),Zeta電位的絕對(duì)值最大,達(dá)到了22.3 mV,說(shuō)明此時(shí)的分散的溶液最穩(wěn)定。(2)碳納米管硫鋁酸鹽水泥凈漿試件的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨碳納米管摻量的增加出現(xiàn)先增后減的拋物線趨勢(shì),且均高于空白試件。對(duì)于抗折強(qiáng)度而言,在養(yǎng)護(hù)齡期為28d,水灰比為0.25條件下,硫鋁酸鹽水泥凈漿試件表現(xiàn)最好的是碳納米管摻量0.08wt.%,此時(shí)的抗折強(qiáng)度達(dá)到21.3MPa,相比于空白試件的13.4MPa提高了58.9%。碳納米管同樣可以提高硫鋁酸鹽水泥的抗壓強(qiáng)度,在0.25和0.30水灰比碳納米管摻量為0.08wt.%時(shí),與空白試樣相比,抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)了8.6%和20.6%,在此條件下,碳納米管還可以改善硫鋁酸鹽水泥基材料的韌性,硫鋁酸鹽水泥凈漿的折壓比分別提高了46.2%和29.0%；在0.35、0.40水灰比以及0.1wt%碳納米管摻量條件下,硫鋁酸鹽水泥凈漿抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)了6.2%和4.2%。(3)隨著碳納米管的摻量的增加,硫鋁酸鹽水泥砂漿的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都呈拋物線趨勢(shì),在碳納米管摻量為0.1wt.%時(shí)達(dá)到最大值,繼續(xù)加大摻量反而出現(xiàn)降低趨勢(shì)。其中抗折強(qiáng)度達(dá)到最大值12.9MPa,與空白試件相比提高了13.16%；抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值80.6 MPa,與空白試件相比提高了13.20%。并且隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加,硫鋁酸鹽水泥砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度都逐漸增大。最后,結(jié)合SEM、TEM、EDS、XRD、TG、MIP等多種微觀測(cè)試手段,對(duì)碳納米管增強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥性能的微觀機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果如下：分散性能良好的碳納米管加入到硫鋁酸鹽水泥漿體中后,可以促進(jìn)水化,密實(shí)漿體,從而改善硫鋁酸鹽水泥漿體微觀結(jié)構(gòu),提高性能。
【關(guān)鍵詞】：碳納米管 硫鋁酸鹽水泥 力學(xué)性能 機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ172.7;TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 課題的理論背景及意義11-12
• 1.2 研究進(jìn)展12-16
• 1.2.1 碳納米管分散性研究12-13
• 1.2.2 碳納米管水泥基復(fù)合材料基本力學(xué)性能研究13-14
• 1.2.3 碳納米管水泥基復(fù)合材料的電學(xué)性能研究14-15
• 1.2.4 碳納米管水泥基復(fù)合材料的數(shù)值模擬研究15
• 1.2.5 發(fā)展趨勢(shì)15-16
• 1.3 論文的研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線16-18
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.3.2 技術(shù)路線17-18
• 2 原材料及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)18-27
• 2.1 碳納米管的表征18-24
• 2.1.1 碳納米管的物理參數(shù)18
• 2.1.2 熱重分析18-19
• 2.1.3 XRD分析19-20
• 2.1.4 微觀形貌觀察20-22
• 2.1.5 EDS能譜分析22-24
• 2.2 硫鋁酸鹽水泥的表征24
• 2.2.1 硫鋁酸鹽水泥的物理參數(shù)24
• 2.2.2 硫鋁酸鹽水泥的成分分析24
• 2.3 總體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)24-26
• 2.3.1 超聲時(shí)間和超聲功率對(duì)碳納米管分散性影響實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)24
• 2.3.2 硫鋁酸鹽水泥凈漿配合比設(shè)計(jì)24-25
• 2.3.3 硫鋁酸鹽水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 超聲時(shí)間和超聲功率對(duì)碳納米管分散性能的影響研究27-43
• 3.1 引言27
• 3.2 原材料及實(shí)驗(yàn)儀器27-28
• 3.3 超聲時(shí)間對(duì)碳納米管分散效果的影響28-35
• 3.3.1 碳納米管懸浮液的制備28
• 3.3.2 碳納米管懸浮液的UV-vis表征28-29
• 3.3.3 碳納米管懸浮液的納米粒度以及Zeta電位測(cè)試29
• 3.3.4 碳納米管懸浮液的TEM測(cè)試29-30
• 3.3.5 結(jié)果與討論30-35
• 3.4 超聲功率對(duì)碳納米管分散效果的影響35-41
• 3.4.1 碳納米管懸浮液的制備35
• 3.4.2 碳納米管懸浮液的測(cè)試與表征35
• 3.4.3 結(jié)果與討論35-40
• 3.4.4 機(jī)理討論40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 4 碳納米管復(fù)合硫鋁酸鹽水泥基材料力學(xué)性能研究43-67
• 4.1 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)測(cè)試儀器43-44
• 4.1.1 試驗(yàn)原材料43-44
• 4.1.2 試驗(yàn)測(cè)試儀器44
• 4.2 碳納米管硫鋁酸鹽水泥凈漿的基本性能研究44-47
• 4.2.1 碳納米管對(duì)硫鋁酸鹽水泥凈漿安定性和凝結(jié)時(shí)間的影響44-46
• 4.2.2 碳納米管對(duì)硫鋁酸鹽水泥凈漿干燥收縮的影響46-47
• 4.3 碳納米管硫鋁酸鹽水泥凈漿的力學(xué)性能研究47-61
• 4.3.1 試驗(yàn)安排與試件制備47-49
• 4.3.1.1 試驗(yàn)安排47-48
• 4.3.1.2 試件制備48-49
• 4.3.1.3 力學(xué)性能測(cè)試49
• 4.3.2 測(cè)試結(jié)果49-61
• 4.3.2.1 抗折強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果49-55
• 4.3.2.2 抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果55-61
• 4.4 碳納米管硫鋁酸鹽水泥砂漿力學(xué)性能研究61-66
• 4.4.1 試驗(yàn)安排與試件制備61-62
• 4.4.1.1 試驗(yàn)安排61
• 4.4.1.2 試件制備61-62
• 4.4.1.3 力學(xué)性能測(cè)試62
• 4.4.2 結(jié)果與討論62-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 5 碳納米管改善硫鋁酸鹽水泥基材料性能的作用機(jī)理研究67-81
• 5.1 SEM分析67-70
• 5.2 EDS分析70-75
• 5.3 XRD分析75-76
• 5.4 熱穩(wěn)定性分析76-78
• 5.5 壓汞孔結(jié)構(gòu)分析78-80
• 5.6 本章小結(jié)80-81
• 結(jié)論81-84
• 參考文獻(xiàn)84-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況89-90
• 致謝90-91

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本文編號(hào)：732030