论文部分内容阅读
碱激发胶凝材料与传统水泥相比,生产过程中产生的碳排放量更低,且具备优异的力学性能和耐久性,是极具发展前景的绿色胶凝材料。但凝结时间短、干燥收缩大等缺陷仍限制着该材料的进一步发展与应用。碳纤维作为一种抗拉强度高、耐腐蚀、化学性能稳定的高性能材料,其合理的引入可有效改善碱激发胶凝材料的性能。本文以制备碳纤维增强碱激发矿渣复合材料(CFAASC)为对象,重点研究了碱激发矿渣胶凝材料(AASC)中碳纤维分散性能的改善方法。借助电阻率、流动度、抗折强度、SEM图像与CT扫描等表征手段,对比研究了变换投料顺序、纳米二氧化硅(NS)纤维改性、聚羧酸减水剂(PCS)基体改性对碳纤维分散性能的改善作用。并利用超声技术优化了 NS改善方法,进而分析了碳纤维长度、掺量对CFAASC材料流动性、凝结时间、干燥收缩以及力学性能的影响,从而优化CFAASC材料性能与制备方法。研究结果表明:(1)碱掺量为矿渣质量的5%、水与AASC质量比为0.4时材料力学性能和流动性较好。碱溶液激发矿渣的效果好于碱固体颗粒,通过延长搅拌时间可以消除碱固体颗粒激发矿渣的不利影响;(2)在水中分散碳纤维后与矿渣混合的方法优于直接在矿渣浆体中分散碳纤维的方法。(3)纳米二氧化硅和PCS都可以促进碳纤维分散。NS颗粒尺寸极小,具有较强的吸附效应和微粒效应,可有效对矿渣浆体和碳纤维表面进行改性,从而促进碳纤维分散。PCS作为表面活性剂除促进NS的分散外,主要通过提高矿渣浆体的流动性能,改善碳纤维所在基体的分散环境。(4)低功率的超声处理对碳纤维分散作用体现在对NS分散的促进作用,进而利于NS在碳纤维表面的附着以提高其分散性。30min的NS超声处理可有效提高碳纤维分散性。(5)碱激发碳纤维复合材料的流动度随碳纤维长度和掺量增加而降低。低长度、高掺量的碳纤维利于减少CFAASC材料的干燥收缩,其力学性能随碳纤维长度和掺量增加先提高后降低。碳纤维长度为6mm、掺量为AASC质量的1.1%时材料性能最佳。(6)综合CFAASC材料的物理与力学性能,在碳纤维选取最佳长度和掺量时,NS与PCS的掺量均为AASC质量的0.5%,水与AASC质量比为0.38时,材料性能最佳。