海水腐蚀对改性碳纳米管水泥基材料性能的影响

论文摘要

海洋建设工程混凝土耐久性问题越来越突出,这使得耐久性问题成为了一个重要的研究方向。海水中的氯离子极具穿透能力,会通过混凝土的毛细孔进入混凝土内部到达钢筋表面使钢筋发生锈蚀。如果能阻止氯离子进入到混凝土的内部,或者控制氯离子侵入量的话就可以提高混凝土耐久性。碳纳米管能够通过填充水泥基材料的孔隙来提高水泥的密实度;当混凝土结构发生破坏时,掺入其中的碳纳米管形成桥联起到微配筋作用,有效抑制裂缝的形成和发展。因此,当水泥基材料中引入一定量的碳纳米管可以提高材料的耐久性。相较于普通碳纳米管,改性碳纳米管不仅各项力学性能较好,而且分散性较好。本文通过等离子体处理得到改性碳纳米管,将改性碳纳米管掺入水泥砂浆中后测得试件的抗折、抗压强度,对比分析掺入改性碳纳米管后对水泥基材料力学性能的影响。通过干湿交替循环对水泥砂浆试件进行腐蚀,分析在模拟海水腐蚀的条件下,掺入改性碳纳米管对试件性能影响。用SEM扫描电子显微镜进行辅助分析。通过观测掺入改性碳纳米管后试件的微观形貌,分析海水腐蚀情况下,改性碳纳米管提高试件性能的机理。经过等离子体处理后的改性碳纳米管在水中的分散性很好,掺入改性碳纳米管后水泥基材料的孔隙率和致密程度得到了改善,试件的抗折和抗压强度得到了提升。借助SEM扫描电子显微镜,我们观测到了掺入改性碳纳米管后的水泥基材料的微观形貌,改性碳纳米管的掺入改善了水泥基材料的孔隙率和致密程度,也会在水泥基材料内部形成网状填充,两种因素同时作用帮助减少了水溶液和有害离子进入材料内部,从而提升水泥基材料的耐侵蚀能力。改性碳纳米管在水泥基材料中起到的桥联、拔出作用,阻止材料中裂缝的产生发展,进一步避免了水溶液和有害离子进入到材料内部,同时也消耗着外部荷载的能量,对材料起到了增韧作用。基于改性碳纳米管对材料的增韧作用,利用ABAQUS软件对水泥基试件抗压试验进行模拟,并将改性碳纳米管水泥基材料运用到墩柱中,对墩柱进行抗震性能有限元分析。初步通过数值模拟研究海水腐蚀对改性碳纳米管水泥基复合材料性能的影响。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景和目的

1.2 混凝土耐久性的研究现状

1.2.1 氯离子侵蚀理论研究现状

1.2.2 氯离子侵蚀作用机理

1.2.3 氯离子侵蚀下混凝土的微结构损伤研究

1.3 纤维混凝土的研究现状

1.4 改性碳纳米管的研究现状

1.5 本文主要的研究内容

第2章腐蚀前后改性碳纳米管水泥基材料基本力学性能研究

2.1 引言

2.2 腐蚀前改性碳纳米管水泥基材料基本力学性能

2.2.1 试验设计

2.2.2 试验材料

2.2.3 试件制备与试验方法

2.2.4 试验结果与讨论

2.2.4.1 改性碳纳米管掺量对不同水灰比水泥基材料抗折强度的影响

2.2.4.2 改性碳纳米管掺量对不同水灰比水泥基材料抗压强度的影响

2.3 腐蚀后改性碳纳米管水泥基材料基本力学性能

2.3.1 试验设计

2.3.2 试件制备与试验方法

2.3.3 试验结果与讨论

2.3.3.1 改性碳纳米管掺量对水泥基材料抗折强度的影响

2.3.3.2 改性碳纳米管掺量对水泥基材料抗压强度的影响

2.4 本章小结

第3章改性碳纳米管水泥基复合材料微观作用机理

3.1 引言

3.2 样品制备与观测前准备

3.2.1 观测前准备

3.2.2 样品制备

3.2.3 镀金

3.2.4 SEM扫描电镜观测

3.3 SEM分析

3.3.1 水泥基复合材料在微观结构下的形貌

3.3.2 微观表征中的改性碳纳米管

3.3.3 纤维桥联

3.3.4 拔出和折断

3.3.5 网状填充

3.3.6 改性碳纳米管与水泥基材料的粘结状态

3.4 本章小结

第4章改性碳纳米管水泥基试件的数值模拟

4.1 引言

4.2 改性碳纳米管水泥基试件模型设计

4.2.1 模拟中材料本构模型的选择

4.2.2 有限元模型的建立

4.3 结果比较分析

4.4 改性碳纳米管墩柱抗震性能分析

4.4.1 改性碳纳米管墩柱有限元模型建立

4.4.2 改性碳纳米管墩柱有限元结果分析

4.4.2.1 改性碳纳米管墩柱滞回曲线

4.4.2.2 改性碳纳米管墩柱变形图

4.4.2.3 墩柱刚度退化

4.4.2.4 改性碳纳米管墩柱骨架曲线

4.4.2.5 墩柱滞回曲线耗能

4.5 本章小结

第5章结论与展望

参考文献

图表目录

致谢

作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蒋威

导师: 孙敏

关键词: 改性碳纳米管,等离子体处理,海水腐蚀,耐久性,机理分析,有限元分析

来源: 苏州科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,无机化工,建筑科学与工程

单位: 苏州科技大学

分类号: P75;TU528

总页数: 76

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