酸化碳纳米管增强水泥基复合材料的力学性能及碳纳米管在水泥基复合材料中的微观研究.doc

中原工学院硕士学位论文AbstractPAGE\*MERGEFORMATIII酸化碳纳米管增强水泥基复合材料的力学性能及碳纳米管在水泥基复合材料中的微观研究专业名称：建筑与土木工程研究生姓名：陈星宇指导教师：王锦燕摘要由于碳纳米管在水泥浆里面容易发生团聚或者缠绕，所以影响碳纳米管增强水泥基复合材料力学性能的指标之一是碳纳米管在水泥浆中能否很好的分散。聚乙烯吡咯烷酮（PVP）分散剂是近年来一些研究学者发现的能较好的使碳纳米管在水泥基材料中分散。但是即便如此，碳纳米管之间的范德华引力依然影响着碳纳米管在水泥浆体中的分散。本文利用二氯甲烷和间氯过氧苯甲酸对碳纳米管进行处理来研究酸化以后的碳纳米管对于增强水泥基复合材料力学性能的影响。碳纳米管在近年来被广泛使用，理论和实践已经证实其具有优异的力学和光电学性能。本文将其加入水泥基材中，利用纳米压痕仪研究其弹性模量和硬度的变化规律。主要研究结论如下：（1）采用羧甲基纤维素钠（CMC），聚乙烯吡咯烷酮（PVP）这两种种分散剂进行比较试验，从试验现象和试验效果来看，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为分散剂能够更好提高碳纳米管在水泥基体中的分散性；（2）采用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为分散剂，与碳纳米管进行混合，制备水泥砂浆标准试块，标准养护28天后测量其抗压强度达到最大为59.2MPa，较素水泥砂浆提高了40.3%；抗折强度达到最大为8.9MPa，较素水泥砂浆提高了20.2%；挠曲强度达到最大为8.3MPa，较素水泥砂浆提高了30.7%。实验结果证明，碳纳米管掺量在0.10wt%时，抗压强度和抗折强度达到最大，掺量在0.08wt%时挠曲强度达到最大，随后随着掺量的增加抗压强度，抗折强度，挠曲强度逐渐降低；（3）采用酸化之后的碳纳米管制备的水泥砂浆,经过对试件的抗压，抗折，三点弯曲试验，分析了酸化之后的碳纳米管对水泥砂浆宏观力学性能的影响。结果表明酸化以后的碳纳米管制备的水泥砂浆的抗压强度最大为62.4MPa，较素水泥砂浆提高了47.5%；抗折强度最大为11.3MPa，较素水泥砂浆提高了52.7%；挠曲强度最大为9.3MPa，较素水泥砂浆提高了47.6%。实验结果证明，酸化之后的碳纳米管掺量在0.05%时，其试块的抗压强度、抗折强度、挠曲强度达到最大，随后随着掺量的增加其强度逐渐降低；（4）利用纳米压痕仪测试掺加碳纳米管的水泥浆的弹性模量和硬度，试验发现碳纳米管掺量在从0.0%到0.08%的过程中，水泥浆的弹性模量均值从26.1GPa提高到28.8GPa，硬度均值没有太大影响。随着碳纳米管掺量的增加，低密度硅酸钙凝胶的体积分数逐渐降低，高密度硅酸钙凝胶的体积分数逐渐增加。关键词：碳纳米管；抗压强度；挠曲强度；硬度；弹性模量；水泥基材料；力学性能；纳米压痕仪Themechanicalpropertiesofthecement-basedcompositesreinforcedbytheacidifiedcarbonnanotubesMajor:ArchitecturalAndCivilEngineeringStudentName:ChenXingYuSupervisor:WangJingYanAbstractDuetocarbonnanotubesorwindingincementslurryarepronetogettogether,sotheinfluenceofcarbonnanotubesreinforcedcementbasecompositematerialsmechanicsperformanceisoneoftheindicatorsofcarbonnanotubescangooddispersedintheslurry.Polyvinylpyrrolidone(PVP)dispersantshavebeenfoundbysomeresearchersinrecentyearstobeabletodispersecarbonnanotubesincement-basedmaterials.Buteventhen,thevanderWaalsattractionbetweencarbonnanotubesstillaffectsthedispersionofcarbonnanotubesinthewater