碳纤维复合材料在干湿作用下的力学性能研究

由于碳纤维增强塑料(简称CFRP)具有重量轻、强度高、模量高、低膨胀系数和良好的耐疲劳性能,使得该材料在建筑结构加固中得到广泛应用.碳纤维片材自身的力学性能在加固混凝土结构效果上起着至关重要的作用.通过3组21个片材试样分别在常温、干湿50次、干湿100次作用下的试验研究,得出碳纤维增强塑料(CFRP)在室温、干湿状态下的的抗拉强度、弹性模量、破坏延伸率等力学性能指标,分析不同状态下片材性能指标产生变化的原因.试验结果表明,干湿作用对CFRP的力学性能有一定的影响,对弹性模量和破坏延伸率的影响尤为明显.     

离散元对加固尾砂在干湿循环作用下的细观力学分析

为探究加固尾砂在干湿循环作用影响下力学性能、力链和尾砂颗粒运动的变化,通过对加固尾砂进行三轴试验和离散元颗粒流(PFC2D)模拟试验,分析其力学性能变化趋势,并且探究尾砂颗粒间受力传力和颗粒运动的演变。试验结果表明:加固尾砂峰值应力随着干湿循环次数增加而逐渐递减,但是其峰值应力相较于原状尾砂至少提升2.13倍;在干湿循环作用下,加固尾砂内部力链逐渐加粗,网状粗力链区域增多,且网状粗力链区域发生位置变化;试样破坏碎片数量随循环次数增加而增加,碎片集中区随着循环进行,从试样下部向上部移动;干湿循环造成尾砂颗粒位移情况发生改变,颗粒不同位移区域增加,并在试样上端产生大量不同位移区域,造成试样上端更容易被破坏。     

硫酸盐侵蚀-干湿交替耦合作用下纤维增强地聚合物砂浆性能

为探究纤维对地聚合物材料抗硫酸盐侵蚀性能的影响,对纤维增强偏高岭土-粉煤灰(MK-FA)基地聚合物砂浆经硫酸盐侵蚀-干湿交替耦合作用后的宏观形貌特征、微观结构特征、质量损失率及力学性能等进行了研究,探讨了纤维对MK-FA基地聚合物砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的改善机理。结果表明：随硫酸盐侵蚀-干湿交替次数的增加,试件力学性能先上升而后趋于稳定,质量损失率先增大后减小,纤维可改善地聚合物砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能;Na₂SO₄溶液主要侵蚀试件表面,对内部结构没有明显损害;稳定致密的内部结构及纤维的桥接作用使纤维增强MK-FA基地聚合物砂浆具有优异的耐硫酸盐侵蚀性能,有利于维持试件力学性能和结构稳定性。     

碳纳米管修饰玻碳电极测定诺氟沙星的研究

用滴涂法制备了一种多壁碳纳米管-Nation膜修饰玻碳电极,研究了诺氟沙星在修饰电极上的电化学行为.实验结果表明,修饰电极对诺氟沙星具有良好的电催化作用.在最优条件下,利用微分脉冲伏安法对诺氟沙星的含量进行了测定,氧化峰电流与诺氟沙星的浓度在1.0×10-8～1.0×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系(R=0.9979),信噪比等于3时,检出限为5.0×10-8mol/L该修饰电极对诺氟沙星有良好的选择性和灵敏度,可用于实际样品诺氟沙星含量的测定.     

芦丁在碳纳米管修饰电极上的电化学性质研究

制备了多壁碳纳米管修饰玻碳电极(MWNT/GC),并研究了芦丁在MWNT/GC上的电化学行为.研究表明,MWNT/GC对芦丁的氧化具有明显的电催化作用.用循环伏安法对芦丁浓度进行了测定,其氧化峰电流与芦丁的浓度在5.0×10-1～1.0×10-4molL-1范围内呈良好的线性关系,线性相关系数为0.9918.     

干湿循环下复合激发膏体充填材料宏-细-微观强化与损伤特性

为探明盐-碱复合激发膏体充填材料的性能变化规律及干湿循环作用下充填体结构多尺度损伤机制,对以脱硫石膏和水泥熟料为复合激发剂的膏体充填材料进行多目标优化,并对最优配比下的充填体试块进行0～25次干湿循环,开展抗压强度、X射线衍射(XRD)、低场核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)试验,揭示充填体宏观力学行为和微细观结构演化规律。研究结果表明：充填材料最优配比是矿渣掺量为50%,脱硫石膏与水泥熟料质量比为3:7,硅灰掺量为2.5%。随着干湿循环次数的增加,充填体宏观表现为抗压强度的折减及累积电导率升高,干湿循环10次时出现拐点,质量损失率和强度损失率分别达极小值-1.91%和-8.36%;在细观尺度上,T2谱反演良好,干湿循环作用10次后,横向弛豫时间逐渐右移且谱面积增大,表明膏体充填材料孔隙尺寸及数量随着干湿循环次数增加而增大;微观尺度上,钙矾石、石膏和方解石等侵蚀产物的膨胀结晶应力加速了微观孔隙结构的发育,反复干湿循环作用削减了C-S-H凝胶的黏聚力,由最初的堆叠蜂窝状劣化为小块状。综合宏、细、微观结构演变规律可知,孔隙结构的损伤演化与力学性能的劣化特征具有较好的同步性。     

DOPO-HQ改性碳纳米管/EP复合材料的制备及性能

采用混酸氧化多壁碳纳米管(MWCNTs),然后与含磷化合物2–(6,H–二苯并–5–氧杂–6–膦酰杂–6–苯基)–1,4–对苯二酚(DOPO-HQ)反应,对MWCNTs进行功能化修饰,并用功能化的碳纳米管(MWCNTs-P)对环氧树脂进行改性.对比了MWCNTs与MWCNTs-P对环氧树脂力学性能和阻燃性的影响,结果表明,MWCNTs与MWCNTs-P的加入均能提高环氧树脂的力学性能,MWCNTs-P改性效果更好.当MWCNTs-P添加量为0.5%时,环氧树脂的冲击强度提高了232%;SEM结果显示,加入碳纳米管使环氧树脂复合材料的韧性有一定程度的提高.MWCNTs-P的添加量为1.0%时,复合材料的拉伸性能和弯曲性能最好.极限氧指数(LOI)测试结果表明,MWCNTs-P提高了环氧树脂的阻燃性,MWCNTs-P的添加量为0.5%时,复合材料的LOI达到30.2%.     

干湿循环下红粘土动力特性试验研究

对贵阳红粘土进行了一系列动三轴试验,分析了干湿循环下红粘土动力特性试验参数变化规律、土体动强度衰减机理和动本构关系模型。结果表明,红粘土在干湿循环和周期振动荷载作用下的动应力—动应变关系具有明显的非线性关系,表现为强硬化型。同一动应变下,先湿后干比先干后湿的动弹性模量、动剪切模量要大,动阻尼比要小。常温(25℃)下干湿循环的动弹性模量、动剪切模量比高温(105℃)下干湿循环要大,动阻尼比要小。动弹性模量、动剪切模量随循环次数增加而降低,动阻尼比随循环次数的增加逐渐增大,且第1、2次循环降低幅度比较大;第3、4、5次降低幅度比较小。试验红粘土土体的最大动阻尼比在10%～20%之间。干湿循环下红粘土动应力与动应变关系可以用双曲线来拟合。     

Study on the Mechanical Properties of Carbon Nanotube/Polyacrylonitrile Composite Fibers

The method of preparing the multi-walled carbon nanotubes (MWNTs)-polyacrylonitriIe (PAN) composite fibers is described and the effects of draw ratio on the mechanical properties of CNT/PAN fibers have also been discussed. The results show that the degrees of MWNTs dispersion in the polymer matrix have much effect on the mechanical properties.     

干湿循环下宁明粉砂岩宏微观损伤劣化规律研究

为揭示干湿循环下广西宁明地区粉砂岩损伤劣化规律,首先通过干湿循环试验模拟了岩石失水-吸水过程,分析了干湿循环作用下粉砂岩饱和含水率、纵波波速变化规律,并研究了干湿循环后粉砂岩的单轴压缩力学参数劣化特性以及微观结构变化,然后以弹性模量定义干湿循环后粉砂岩损伤,并基于Weibull分布定义受荷后粉砂岩的损伤,耦合得到了干湿循环作用下受荷粉砂岩的损伤演化方程。研究表明：随干湿循环次数增加,粉砂岩饱和含水率呈非线性增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量呈非线性减小,可采用指数函数进行拟合,且变化趋势均呈现出3个阶段;干湿循环作用对弹性模量劣化程度较单轴抗压强度劣化程度更为显著;阶段劣化度随干湿循环次数的增加而减小,总劣化度随干湿循环次数的增加而增大;峰值应变逐渐增大,岩样塑性得到了显著发展,破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变。     

干湿循环作用下红砂岩堆石料力学性能研究

为研究红砂岩堆石料在干湿循环作用下的力学性能,以干湿循环次数为主要变量,开展常规三轴压缩试验。研究结果表明:不同干湿循环次数下,红砂岩堆石料应力-应变曲线变化规律基本一致,整体呈现出明显的应变软化。应力-应变曲线在初期快速增加,直至出现峰值,而后开始降低,最后趋于稳定;相同干湿循环次数下,试样破坏强度随围压增大而逐渐增长;相同围压,破坏强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,破坏强度与干湿循环次数呈现指数关系;当干湿循环次数增加时,试样强度指标黏聚力逐渐减小,从125.9 kPa降低到62.3 kPa,黏聚力降幅约50%,且黏聚力与干湿循环次数之间成负线性关系;与之相似,另一强度指标内摩擦角逐渐减小,但降低幅度较小,减小幅度为15%左右,与干湿循环次数呈现指数关系。     

碳纳米管水泥基复合材料物理力学性能试验研究

目前,关于碳纳米管水泥基复合材料物理性能和力学性能的研究还不系统。本文采用多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs）水性浆料作为增强相,通过试验研究了该材料对水泥标准稠度用水量、凝结时间及安定性的影响;同时对比研究了直接添加和超声处理两种方式制备的复合材料试件的力学性能。结果表明：MWCNTs水性浆料的加入可使水泥的标准稠度用水量呈近似线性增加,初凝时间和终凝时间均延长。MWCNTs能够有效地提高复合材料的力学性能,经超声处理制得的试件28 d抗折强度和抗压强度分别提高了25.5%和10.3%,直接添加的分别提高了19.8%和7.2%,表明超声处理的MWCNTs可更充分地发挥其增强作用。     

酸雨-冻融侵蚀下透水混凝土性能损伤

为探究酸雨和冻融共同作用对透水混凝土性能的影响,采用酸雨-冻融侵蚀试验,分析不同橡胶掺量(0%、3%、6%和9%)下透水混凝土的质量、动弹性模量、超声波波速、抗压强度和透水系数等指标的变化规律,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和X射线衍射分析(X-ray diffraction, XRD)试验,从微观角度分析酸雨-冻融侵蚀机理。结果表明,透水混凝土的质量损失率、超声波波速损失率、透水系数和抗压强度损失率均呈不断上升趋势,相对动弹性模量呈不断降低趋势。掺入适量橡胶,会改善透水混凝土抗侵蚀性能。此外,利用灰色聚类分析得出透水混凝土的动弹性模量、超声波波速、抗压强度和透水系数等指标可以归为一类进行研究;结合SEM和XRD分析图谱分析得出酸雨-冻融循环试验的主要侵蚀产物为钙矾石晶体。     

外加剂对碳纤维砂浆力学性能和结构的影响

利用正交实验法分析了分散剂、减水剂等外加剂对碳纤维水泥砂浆力学性能和结构的影响。实验结果表明,本实验条件下外加剂最佳掺量分别为：甲基纤维素0．1％,硅粉12％,膨胀剂6％,减水剂0．9％,消泡剂0．06％,此时碳纤维水泥砂浆可以获得较好的力学性能;另外,试样压汞试验的孔径分布数据和SEM扫描图像分析表明,外加剂可以改善碳纤维水泥砂浆的孔径分布和表面形态．从而有利于提高材料的力学性能。     

预处理对碳纳米管吸附储氢性能的影响

以Fe/S iO2为催化剂,采用化学沉积法裂解乙炔制备了多壁碳纳米管。研究了预处理对碳纳米管储氢性能的影响。使用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和低温N2吸附(BET)对预处理前后的碳纳米管进行表征。结果表明:酸处理和热处理对碳纳米管的重量储氢容量有明显的影响,经酸处理后的碳纳米管样品在充氢压力10M Pa和30°C条件下的饱和重量储氢容量为1.90%,而粗样品只有0.4%,再经1 200°C,N2气氛下热处理后的重量储氢容量达到2.10%。     

碳纳米管负载Mo-Co-S催化剂的能谱研究

碳纳米管负载的Mo-Co-S加氢脱硫催化剂,其对噻吩的HDS在一定的反应条件下显示出比常规载体γ-Al2O3或SiO2负载催化剂更高的催化活性;从能谱(XPS)表征的角度研究探讨了该类催化剂反应活性高的原因,并结合H2-TPR,H2-TPD等谱学表征的结果,讨论了CNTs载体的促进作用本质.     

复掺功能填料对水泥砂浆性能影响研究

通过四因素三水平正交试验,研究了在不同水胶比(W/C)下,复掺玄武岩纤维(BF)、纳米二氧化硅(NS)、氧化铝粉(Al₂O₃)3种功能材料对水泥砂浆物理与力学性能的影响。结果表明,掺0.1%BF的试样7 d、28 d的抗压强度分别提高了3.6%、8.26%,抗折强度分别提高了3%、10.8%;掺1.0%NS的试样7 d、28 d的抗压强度分别提高了5.8%、8.03%,抗折强度分别提高了6.3%、10.1%;掺5%Al₂O₃的试样7 d、28 d的抗压强度分别提高了15.2%、10.32%,抗折强度分别提高了19%、13.5%。抗压强度最优配比为W/C 0.35、Al₂O₃ 5%、BF 0.1%、NS 1.0%,为制备风机设备基础混凝土高性能抹面砂浆提供参考。