纳米/纤维填料复合水泥基材料的流变性能

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纳米/纤维填料可改善水泥基材料的力学性能和耐久性,甚至能赋予其一些功能和智能特性,为水泥基复合材料的可持续发展提供了有效途径。但纳米/纤维填料尺寸小、比表面积高,尤其纤维类材料通常具有高长径比,而具有吸水性大、均匀分散难等问题,掺入水泥基材料后会直接影响其流变性能。流变性不仅决定水泥基复合材料拌合物的均质性和工作性,还会影响成型硬化后的各方面性能。鉴于此,本文采用流变学的方法研究纳米/纤维种类和掺量、水泥基材料的组成以及制备工艺对水泥基材料流变行为的影响规律和内在机理,并在此基础上探讨了纳米/纤维填料水泥基复合材料拌合物的流变性与硬化后力学和/或电学性能的关联。具体研究内容和结果如下:1对比了不同掺量的两种纳米粒子填料:纳米氧化硅(NS)和纳米氧化钛(NT)复合水泥基材料拌合物的流变行为;研究了不同水灰比、减水剂掺量、超声时间和搅拌速率对NS水泥基复合材料拌合物流变性的影响规律。研究结果表明,NS和NT的掺入使水泥浆的屈服应力和塑性黏度增加;水灰比和减水剂会显著改变NS水泥浆流变参数;NS超声分散时间和搅拌速率对NS水泥浆流变性也有所影响;两种纳米粒子复合水泥浆流变行为符合Flatt和Liu模型并可准确计算相关的流变参数。2研究了两种纳米碳纤维填料:碳纳米管(CNT)和碳纳米纤维(CNF)复合水泥浆的流变行为,并与两种纳米粒子复合水泥浆的流变行为进行了对比;探讨了水灰比、减水剂掺量对CNT水泥浆流变性的影响,并与NS水泥浆流变性进行了对比;分析了CNT和CNF水泥浆硬化后的力学性能和电学性能与其流变性的关系。研究结果表明,掺量高于0.1wt.%时,纳米纤维填料比纳米粒子填料对水泥浆流变性的影响更显著;CNT比CNF对水泥浆流变性的影响更显著;CNT水泥浆的流变性对水灰比的敏感度高于NS水泥浆的流变性;减水剂掺量为1.0wt.%时CNT水泥浆达到吸附饱和,此后继续掺加减水剂水泥浆的屈服应力变化不大而塑性黏度持续降低。高于0.1wt.%掺量的纳米碳纤维水泥石抗压强度和电阻率的降低原因可通过流变性能进行较好解释。3探讨了两种长度的微米级碳纤维(CF)填料:3mm CF和6mm CF对水泥浆流变行为的影响,并与两种纳米级碳纤维水泥浆的流变行为进行了对比分析;研究了水灰比、减水剂掺量对3mm CF水泥浆流变性的影响,并与CNT水泥浆流变性进行了对比。研究结果表明,相同条件下纳米碳纤维水泥浆的屈服应力和塑性黏度总是高于微米级CF复合水泥浆,且流变参数数值与纤维长径比呈负相关关系。
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