纳米级氧化硅和碳纤维复合砂浆的制备和性能

摘要

纳米技术的发展为水泥基材料的可持续发展提供了新的动力。纳米材料可以在纳米尺度上对水泥基材料进行改性，既包括改善水泥基材料的力学性能也包括赋予水泥基材料功能特性。本文在纳米氧化硅(NS)复合砂浆的制备工艺与性能、纳米碳纤维(CNF)复合砂浆的制备工艺与性能研究的基础上，探索了NS和CNF复合砂浆的性能及影响因素，主要研究内容如下:
　　1比较了疏水纳米二氧化硅(SS)复合砂浆的机械搅拌法和研磨法制备工艺，以及亲水纳米二氧化硅(QS)复合砂浆的机械搅拌法、研磨法和超声法制备工艺;制备了0.5％、1.0％、2.0％、3.0％、4.0％、5.0％掺量的SS复合砂浆和QS复合砂浆，并对复合砂浆的抗折强度、抗压强度及微观结构和性能进行了测试。研究结果表明，QS可细化氢氧化钙、促进水泥水化和降低氢氧化钙的择优取向，适宜掺量的QS可提高砂浆的抗折强度和抗压强度;SS对砂浆无增强效果。
　　2以砂浆3d、28d的抗折和抗压强度为评价指标确定了CNF复合砂浆的减水剂掺量和超声时间分别为减水剂与CNF的质量比为1和30min;在此基础上，制备了CNF掺量为0.05％、0.10％、0.15％、0.20％、0.40％、0.60％和0.80％的复合砂浆并测试了抗折和抗压强度，电阻率及微观结构和性能。研究结果表明，CNF可促进水泥水化但是会提高氢氧化钙的择优取向，适宜掺量的CNF可提高复合砂浆的抗折强度、抗压强度和电导率。
　　3制备了2％、3％QS分别与0.05％、0.10％和0.15％CNF复掺的砂浆并测试了抗折和抗压强度以及受弯荷载下的电阻率变化规律，由于砂浆中存在较大裂纹、CNF呈现团聚状态，复掺QS和CNF没有达到单掺时的力学增强效果;3％QS+CNF的复合砂浆在受弯载荷下的电阻率变化率大于2％QS+CNF的复合砂浆。
　　4通过正交试验分析了水胶比、砂灰比、QS掺量、CNF掺量四个因素对QS+CNF复合砂浆力学性能和电学性能的影响。研究结果表明，对力学性能影响最显著的因素是水灰比;提高砂浆基体的密实度并综合运用超声、化学分散和掺加硅灰辅助分散可制备力学性能优异的QS+CNF复合砂浆;对电阻率影响最显著的因素是纳米碳纤维掺量;最终获得了最佳因素水平组合。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 纳米二氧化硅水泥基复合材料的研究现状

1．2．2 纳米碳纤维水泥基复合材料的研究现状

1．3 本课题的主要研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 纳米二氧化硅复合砂浆的制备和性能

2．1 引言

2．2 原材料与试验仪器

2．2．1 原材料

2．2．2 试验仪器

2．3 分散工艺的研究

2．3．1 试验设计

2．3．2 试验结果与分析

2．4 不同种类和掺量的纳米二氧化硅对砂浆性能的影响

2．4．1 试验设计

2．4．2 试验结果与分析

2．5 本章小结

3 纳米碳纤维复合砂浆的制备和性能

3．1 引言

3．2 原材料与试验仪器

3．2．1 原材料

3．2．2 试验仪器

3．3 减水剂掺量对纳米碳纤维复合砂浆性能的影响

3．3．1 试验设计

3．3．2 结果与分析

3．4 超声时间对纳米碳纤维复合砂浆性能的影响

3．4．1 试验设计

3．4．2 试验结果与分析

3．5 纳米碳纤维掺量对砂浆性能的影响

3．5．1 试验设计

3．5．2 试验结果与分析

3．6 本章小结

4 纳米二氧化硅和纳米碳纤维复合砂浆的性能

4．1 引言

4．2 原材料与试验仪器

4．2．1 原材料

4．2．2 试验仪器

4．3 2％QS+CNF复合砂浆的性能

4．3．1 试验设计

4．3．2 试验结果与分析

4．4 3％QS+CNF复合砂浆的性能

4．4．1 试验设计

4．4．2 试验结果与分析

4．5 影响QS+CNF复合砂浆性能的因素分析

4．5．1 试验设计

4．5．2 试验结果与分析

4．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢