PVA纤维和碳纳米管对地聚合物性能的影响与机理分析

摘要

本文研究了地聚合物的制备技术以及PVA纤维和碳纳米管对地聚合物性能和微结构影响的多尺度分析。在研究地聚合物的制备技术时，在研究硅铝比、钠铝比和水钠比这三个关键摩尔比对地聚合物力学性能和微观结构的影响的过程中发现，不同荷载下地聚合物力学性能的表现不同;在针对地聚合物粘性大、流动性差的问题进行研究时，通过在地聚合物中掺入消泡剂和Na2CO3以改善地聚合物的工作性能、微观结构和力学性能。在研究PVA纤维和碳纳米管改性地聚合物的力学性能和改性机理时，发现PVA纤维和碳纳米管对地聚合物的力学性能有很好的改善效果，尤其是抗折强度和抗弯强度，并通过微观分析技术手段对其改性机理进行分析研究，在此基础上提出了基于多尺度的双纤维改性作用机理，为今后的工程应用以及技术改良奠定初步的理论基础。
　　通过试验研究主要有以下结论。
　　1.硅铝比、钠铝比和水钠比这三个关键摩尔比的改变影响了地聚合物产物的微结构，进而影响了地聚合物在不同荷载形式下的不同的力学表现。一般情况下，硅铝比增加或者钠铝比、水钠比下降，则抗压强度提高而抗折强度下降;反之，则抗压强度下降而抗折强度提高。
　　2.在地聚合物中掺入消泡剂可以很好地改善地聚合物的孔结构从而提高地聚合物的宏观力学性能，本次研究中消泡剂的最优掺量为偏高岭土掺量的1‰;在地聚合物中掺入Na2CO3可以很好地改善地聚合物的工作性能，本次研究中Na2CO3的最优掺量为偏高岭土掺量的3.3‰。
　　3.PVA纤维和碳纳米管对地聚合物的力学性能和微观结构有很好地改善作用，尤其是对地聚合物的抗折强度以及抗弯强度。PVA纤维和碳纳米管对地聚合物抗折强度的提高幅度最高分别可达30.1％和30.3％。混掺PVA纤维和碳纳米管具有很好的“混杂效应”，PVA纤维和碳纳米管对地聚合物28天抗折强度、抗压强度和抗弯强度的提高幅度最高分别可达33.3％、10.7％和20.9％。
　　4.碳纳米管对地聚合物的化学改性表现为少量的碳纳米管参与地聚合物反应，形成牢固粘结，进而发挥阻裂、微填充和机械联锁作用。PVA纤维均匀分布在地聚合物基体内部，当受到外力作用时，可以通过纤维拔出、纤维拔断以及纤维脱粘等方式提高基体破坏所需要做的功，从而改善地聚合物的韧性;同时改变地聚合物内部应力分布，可以更好地改善地聚合物破坏形态。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 地聚合物简介

1．1．1 地聚合物结构

1．1．2 地聚合物反应机理

1．1．3 地聚合物性能

1．2 地聚合物研究概况

1．2．1 地聚合物研究意义

1．2．2 国内外研究现状

1．2．3 存在问题

1．3 纤维增强胶凝材料

1．3．1 纤维增强胶凝材料的基本概念和机理

1．3．2 纤维增强地聚合物研究

1．3．3 碳纳米管的简介

1．3．4 碳纳米管增强胶凝材料研究

1．4 本文的研究意义和内容

1．4．1 本文研究意义

1．4．2 本文研究内容

1．4．3 本文技术路线图

2 原材料及试验方法

2．1 原材料

2．2 试验方法

2．2．1 地聚合物拌合及养护方式

2．2．2 工作性能试验方法

2．2．3 力学性能试验方法

2．2．4 微观性能试验方法

3 地聚合物制备技术研究

3．1 硅铝比，钠铝比和水钠比对地聚合物影响研究

3．1．1 试验组安排

3．1．2 硅铝比，钠铝比和水钠比对地聚合物力学性能的影响

3．1．3 硅铝比，钠铝比和水钠比对地聚合物性能影响的微观分析

3．2 Na2CO3对地聚合物性能的影响

3．2．1 试验组安排

3．2．2 Na2CO3对新拌地聚合物工作性能影响

3．2．3 Na2CO3对地聚合物力学性能影响

3．3 消泡剂对地聚合物性能的影响

3．3．1 试验组安排

3．3．2 消泡剂对地聚合物力学性能的影响

3．3．3 消泡剂对地聚合物影响的孔结构分析

3．4 本章小结

4 PVA纤维、碳纳米管改性地聚合物力学性能研究

4．1 试验组安排

4．2 PVA纤维、碳纳米管对地聚合物抗折强度影响

4．3 PVA纤维、碳纳米管对地聚合物抗压强度影响

4．4 PVA纤维、碳纳米管对地聚合物抗弯强度影响

4．5 本章小结

5 PVA纤维、碳纳米管改性地聚合物改性机理研究

5．1 地聚合物微观试验结果分析

5．1．1 地聚合物微观形貌和孔结构分析

5．1．2 地聚合物物相组成和结构基团分析

5．1．3 地聚合物微观聚合度分析

5．2 基于多尺度的双纤维改性作用机理

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．2．1 关键摩尔比在不同荷载形式下对地聚合物的影响

6．2．2 混杂纤维对地聚合物力学性能和微结构的影响

6．3 展望

参考文献

作者简介