碳納米管硫鋁酸鹽水泥基復合材料制備及性能.pdf

1、硫鋁酸鹽水泥具有早強、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受到很大影響，因此研究人員應(yīng)致力于增強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 Nanot

2、ubes，MWNTs)屬于富勒烯家族，長度為幾微米，卻具有納米級直徑，通常為幾納米到幾十納米，由大量空心圓柱管嵌套而成。最早由日本電鏡學家Iijima于1991年通過高分辨率透射電鏡發(fā)現(xiàn)，被譽為21世紀最有前途的納米級材料。碳納米管具有超強的力學性能，優(yōu)異的電學和光學性能，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度。
　　本論文結(jié)合課題組對于碳納米管分散性能的研究，選擇阿拉伯樹膠粉(GA)作為碳納米管分散劑，研

3、究了不同超聲時間和超聲功率對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合材料的力學性能和微觀作用機理，通過碳納米管與硫鋁酸鹽特種水泥的復合，擴展碳納米管在水泥基材料中的應(yīng)用。
　　(1)使用GA為分散劑，制備了不同超聲時間和不同超聲功率的碳納米管懸浮液，通過紫外可見分光光度計對懸浮液的吸光度進行測試，分析了超聲時間對吸光度的影響。同時，結(jié)合納米粒度、Zeta電位分析以及TEM等微觀測試手段，表征碳納米管的在GA溶液中

4、的分散性。結(jié)果表明:隨著超聲時間的增加，碳納米管懸浮液的吸光度和濃度越來越高，在超聲時間100min時達到最大值，平均粒徑越來越小，Zeta電位表明超聲處理的時間越長，所測得Zeta電位絕對值越大，說明分散的溶液越穩(wěn)定。超聲功率實驗結(jié)果與超聲時間對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隨著超聲功率的增大而增加，超聲功率360W時，碳納米管在260nm處的吸光度和濃度達到最大值，分別為2.62、0.205g/L，繼續(xù)加大超聲

5、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，Zeta電位的絕對值最大，達到了22.3 mV，說明此時的分散的溶液最穩(wěn)定。
　　(2)碳納米管硫鋁酸鹽水泥凈漿試件的抗折強度和抗壓強度隨碳納米管摻量的增加出現(xiàn)先增后減的拋物線趨勢，且均高于空白試件。對于抗折強度而言，在養(yǎng)護齡期為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.％，此時的抗折強度達到21.

6、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度，在0.25和0.30水灰比碳納米管摻量為0.08wt.％時，與空白試樣相比，抗壓強度增長了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度分別增長了6.2％和4.2

7、％。
　　(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度和抗壓強度都呈拋物線趨勢，在碳納米管摻量為0.1wt.％時達到最大值，繼續(xù)加大摻量反而出現(xiàn)降低趨勢。其中抗折強度達到最大值12.9MPa，與空白試件相比提高了13.16％;抗壓強度達到最大值80.6 MPa，與空白試件相比提高了13.20％。并且隨著養(yǎng)護齡期的增加，硫鋁酸鹽水泥砂漿的抗折、抗壓強度都逐漸增大。
　　最后，結(jié)合SEM、TEM、EDS、XRD、T