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混凝土中纳米纤维增强材料的性能研究摘要混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，其性能的提升一直是建筑领域的重要研究方向。
纳米纤维增强材料（NFRP）是一种新型的增强材料，其具有高强度、高刚度、低密度、耐腐蚀等优点。
本文基于混凝土中纳米纤维增强材料的性能研究，阐述了NFRP的制备方法、性能及其在混凝土中的应用现状，并探讨了其未来的发展方向。
关键词：混凝土；纳米纤维增强材料；制备方法；性能；应用一、引言混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，其强度、韧性、耐久性等性能一直是建筑领域的重要研究方向。
纳米纤维增强材料（NFRP）是一种新型的增强材料，其具有高强度、高刚度、低密度、耐腐蚀等优点。
NFRP在混凝土中应用可以提高混凝土的强度、韧性、抗裂性和耐久性，从而增强混凝土的使用寿命。
目前，NFRP的制备方法、性能及其在混凝土中的应用研究已经成为建筑领域的热点。
二、NFRP的制备方法NFRP的制备方法包括自组装方法、电纺法、溶胶凝胶法、浸渍法等。
其中，自组装方法是一种简单、易于控制的方法。
该方法通过静电相互作用、水合作用等作用力将纳米纤维排列成一定的结构，形成NFRP。
电纺法是一种将高分子材料电纺成纳米纤维的方法，其制备过程较为复杂，但制备的NFRP具有较好的力学性能。
溶胶凝胶法、浸渍法等方法也可以制备出高质量的NFRP，但制备过程相对复杂。
三、NFRP的性能NFRP具有高强度、高刚度、低密度、耐腐蚀等优点。
NFRP的强度和刚度可以达到传统纤维增强材料的数倍。
同时，NFRP的密度较低，可以减轻混凝土结构的自重，提高结构的抗震性能。
此外，NFRP的耐腐蚀性能也较好，可以延长混凝土结构的使用寿命。
四、NFRP在混凝土中的应用现状NFRP在混凝土中的应用主要包括增强混凝土的力学性能、提高混凝土的耐久性、改善混凝土的抗裂性等方面。
目前，NFRP在混凝土中的应用主要集中在以下几个方面：1. 纳米纤维增强混凝土（NFRC）的制备NFRC是一种将NFRP与混凝土相结合的新型复合材料。
混凝土结构中纳米材料的增强机制研究一、引言混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，具有强度高、耐久性好等优点。
然而，随着科技的不断发展，人们对混凝土的性能要求也越来越高，因此需要不断探索新的混凝土增强材料。
纳米材料因其具有的特殊性质，成为混凝土增强的新方向之一。
本文旨在探讨混凝土结构中纳米材料的增强机制。
二、纳米材料的分类及应用1. 碳纳米管碳纳米管是一种具有高强度、高导电性、高热导率等优良性质的纳米材料。
在混凝土中的应用主要有两种：一是将碳纳米管加入混凝土中以增强其力学性能；二是利用碳纳米管的导电性能，制作出具有自愈合功能的混凝土。
2. 纳米氧化硅纳米氧化硅具有高比表面积、低介电常数等特点，在混凝土中的应用主要是作为增强材料。
研究表明，加入适量的纳米氧化硅可以显著提高混凝土的强度、抗裂性和耐久性。
3. 纳米氧化铝纳米氧化铝具有高比表面积、高热稳定性、高耐磨性等特点，在混凝土中的应用主要是作为增强材料。
研究表明，加入适量的纳米氧化铝可以显著提高混凝土的强度、抗裂性和耐久性。
三、纳米材料在混凝土中的增强机制1. 界面效应纳米材料与混凝土基体之间的界面效应是纳米材料增强混凝土的主要机制之一。
纳米材料与混凝土基体之间的亲和力较大，可以形成更加牢固的界面结合，从而提高混凝土的强度和耐久性。
2. 填充效应纳米材料具有极小的尺寸，可以填充混凝土中的微观孔隙，从而提高混凝土的密实性和强度。
3. 桥接效应纳米材料可以在混凝土中形成桥梁状结构，增加混凝土中的横向连接，从而提高混凝土的强度和韧性。
4. 晶化效应适量的纳米材料可以促进混凝土中的晶化过程，形成更加紧密的晶格结构，从而提高混凝土的强度和耐久性。
四、纳米材料应用存在的问题及解决办法1. 纳米材料的分散性问题纳米材料易团聚，在混凝土中的分散性较差，会导致其增强效果不佳。
解决办法是在混凝土中加入表面改性的纳米材料，或采用超声波等方法提高其分散性。
2. 纳米材料的添加量问题适量的纳米材料可以显著提高混凝土的性能，但添加量过多会导致混凝土的工作性能降低，甚至影响混凝土的耐久性。
碳纤维增强水泥基复合材料的制备碳纤维增强水泥基复合材料（CFRP）是一种高强度、高刚度、耐久性好的新型材料，被广泛地应用于建筑、道路、桥梁等工程领域。
本文将对CFRP的制备过程进行介绍。
I. 碳纤维的制备碳纤维是CFRP的主要材料之一。
根据需要，碳纤维可以采用不同的制备方法，如化学气相沉积法、炭化毛毡法等。
其中，化学气相沉积法是目前应用最广泛的制备碳纤维的方法之一。
该方法以石油焦为原料，在高温下进行气相反应，使得碳化物沉积在钨丝或其他适合的表面上，形成了碳纤维。
II. 水泥基材料的制备水泥基材料是CFRP的另一个主要组成部分。
在制备水泥基材料时，需要确定其成分及配比，以保证其性能符合要求。
常用的水泥基材料有Portland水泥、硬化剂、矿物掺合料、增韧剂等。
其中，Portland水泥是一种常用的水泥基材料，具有硬化迅速、强度高、抗渗透等优点。
III. CFRP的制备CFRP制备的基本流程如下：先将碳纤维与水泥基材料进行混合，并加入适量的钢材、木材或其他增强材料，将其混合均匀后，将其加压至所需形状和尺寸，然后进行加热和固化。
加热和固化是CFRP制备的关键步骤之一。
加热和固化的目的是使CFRP材料在一定的压力下得到充分的硬化，从而达到理想的强度和刚度。
IV. CFRP的性能CFRP具有很好的强度和刚度，是一种具有高性能的新型复合材料。
CFRP具有以下特点：1. 高强度和高刚度：CFRP的强度和刚度比钢材高出很多。
2. 耐久性好：由于碳纤维具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，CFRP具有很好的耐久性。
3. 轻质：CFRP具有低密度，重量轻。
4. 断裂韧性好：CFRP具有良好的断裂韧性，具有抗震能力。
V. 应用前景CFRP具有广阔的应用前景，目前已应用于许多工程领域。
例如，CFRP可以制成桥梁、隧道、建筑物等大型工程建筑材料，也可以应用于汽车制造、铁路、电力、环保等领域。
随着技术的不断进步和发展，CFRP的应用前景将会更加广泛。
碳纤维增强水泥基复合材料的研究要:水泥混凝土材料以其抗压强度高,施工方便等优点在人类建筑史上发挥了重要作用,但由于其功能单一,脆性自重大,抗拉强度和抗弯强度低等缺点,在特殊领域中的用途受到了很大限制.碳纤维具有高弹性,高模量,比重耐腐蚀,对人宙无害等优异性能被视为许多材料的优良增强体.将其加入到水泥基体中,制成碳纤维增强水泥基材料(CFRC),不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度,高模量,高韧性,更重要的是把普通的水筑材料变成了具有自感知内部温度,应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的功能材料..枣词:碳纤维;水泥基;复合材料~tract:Cementconcretematerialshaveplayedallimportantroleinhun]an’sconstructionhistoiT)ritshig hCOIllpres—strengthandeasyoperationduringconstruction.However,itsapplicationinsomespecialfieldisgreatlyr estrictedowlslgISsinglefunction,brittleneSS,heavyself-weight,poorstrengthagainsttensionandbending.Carbonfib ersareregardedasdreinforcementfbrnlanymaterialsduetotheirhighelastic ity,highmodulus,lessdensity,resistancetOco rrosion,and]llessnesstohunlallbeingsanddomesticalmnals.Carbon—fiber—reinforcedcement—basedcompos ites(CFRC)thatareievedbyaddingcarbon6bersintocelllentexhibithighflexuralstrength,hightensilestrength,highflexur altoughnesshightensileductility.Thusnot0I]lythenaechalficalpropertiesofcementareimproved.butfimctionalm aterialsCFRCobtainedthatareabletOsensetheinteriortemperature,stressanddanaageaswellastoshieldoffelectroma gneticwaves./words:Carbonfibers;Cementmatrix;Composites目分类号:TQ172.7文献标识码:A文章编号:1003—8965(2007)05—0005—05刖吾)世纪60年代以来,碳纤维作为新一代复合l补强纤维,以其高强度比,高模量比,低密)(光吸收率,抗腐蚀,耐烧蚀,抗疲劳,耐热冲皂导热性能好,传热系数小,膨胀系数小和自:优异性能而在航天,航空,航海,建筑,轻工.中获得了广泛的应用.将碳纤维加入到水泥p即制成碳纤维增强水泥基复合材料:),也称纤维增强混凝土【1.在水泥基体中强碳纤维是提高水泥复合材料抗裂,抗渗,度和弹性模量,控制裂纹发展,提高耐强碱性,增强变形能力的重要措施.此外,碳纤维还具有震动阻尼特性,可吸收震动波,使防地震能力和抗弯强度提高十几倍位一.更为可贵的是,碳纤维具有导电性,将其加入到水泥基体中可赋于其智能性,极大地扩大了它的应用范围.CFRC复合材料在承受载荷时表面不产生龟裂,其抗拉强度和抗弯强度,断裂韧性比不增强的高几倍到十几倍,其冲击韧性也相当可观.短切碳纤维增强水泥所用碳纤维的长度一般为3～6mm,直径为7-20m,抗拉强度范围在0.5～0.8GPa.普通水泥的强度通常为11.76MPa,若按重量掺入15%的碳纤维,其强度可达到245MPa:若掺入量为20%时,强度可高达548.8MPa.此外,与普通混凝土相比,CFRC具有5L水泥与混凝土质轻,强度高,流动性好,扩散性强,成型后表面质量高等优点,将其用作隔墙时,重量比普通混凝土制作的隔墙薄1/2—1/3,重量减轻1/2—1/3.因此, CFRCI”1能的研究近年来发展迅猛.2CFRC的性能特点及应用2.1CFRC的制备CFRC的制备一般由混料,成型,养护3步组成.利用分散剂将碳纤维预先分散开来,再与水泥,砂子,石子,外加剂等均匀混合,然后采用浇注法,挤出法,压制法,压制脱水法或振动法之一使混合料成型,成型后的试件放入到水或养护箱中养护,干后即成CFRC复合材料,通常有水泥砂浆和水泥混凝土两种类型,后者更具有实用I’*--.-.制备CFRC 过程中,如何使碳纤维均匀分散到水泥基体中,是决定CFRC复合材料性能好坏的关键.常用的拌合方法有两种:干拌法和湿拌法.前一种方法是先将碳纤维和水泥混合搅拌均匀后,再加入砂子,水和其他外加剂;后一种方法是将碳纤维预先分散在部分水中,再与水泥,砂子,硅灰和外加剂混合搅拌.搅拌工艺也十分讲究,一般采用间歇式自动控制搅拌仪.碳纤维水泥浆体的理想搅拌工艺为先拌制水泥和碳纤维,再加入拌合水或先将碳纤维在溶有分散剂的水中分散后加入水泥搅拌30秒钟,最后加入标准砂再继续搅拌.碳纤维在制备好的CFRC试件中呈三维乱向分布,由于受纤维排列方式和长度的影响,短切碳纤维的增强效果不如单轴连续纤维和两维乱向分散的短纤维增强效果.2.2力学性能水泥是脆性材料,但只要加入3vo1%的碳纤维就可以完全改变它的脆断特性,其模量可提高2倍,强度增加5倍.如果定向加入,则加入12.3vo1%的中强碳纤维便可使水泥的强度从5MPa提高到185MPa,抗弯强度也可达到130MPac2|4~5]o赵稼祥旧认为,用碳纤维增强水泥可以使抗拉强度和抗弯强度提高5~10倍,韧性与延伸率提高20~30倍,结构质量减轻1/2.郭全贵等人利用单丝拔出试验测定了CFRC复合材料的界6面结合力,认为高强度和高模量碳纤维的加入,有效阻止了裂纹的扩展,在复合材料受载时,基体通过界面将载荷传递给碳纤维,从而使碳纤维成为载荷的主要承载者,由于纤维的拔出或断裂吸收了大量的能量,所以复合材料的抗拉强度,抗弯性能,韧性等力学性能均得到了显着改善.2.3压敏性1989年美国的DDL.Chung研究小组首先发现,在水泥基体中掺入短切碳纤维,可使其具有自感知内部应力,应变和损伤程度的功能吲.随着压应力的变化,CFRC电阻率发生变化的现象称做压敏性,CFRC的主要特性就是压敏性和温敏性.当CFRC试件两端有温差时,会在此两端产生电压差,其冷端为负极,热端为正极,这便是所谓的热电效应.另一方面,当对CFRC施加电场时,会在混凝土中产生热效应,引起所谓的电热效应,这两种效应都是由碳纤维混凝土中空穴性电导运动所致.通过电阻率的变化可以测定CFRC中安全,损伤和失效3个工作阶段.由于CFRC既具有热电效应,又具有电热效应,因此把它”植入”混凝土结构时,可对混凝土结构进行温度分布自诊断,根据诊断结果实现混凝土结构的温度自适应.当CFRC与电源连通后,导电混凝土产生热量,使路面温度升高,当温度升到0.C以上后,路面上的冰雪就会自动融化成水蒸发流走,从而保障道路畅通和行车安全,国外已将温敏混凝土用于机场道路及桥梁路面的融雪和融冰中【&91o2.4屏蔽效应屏蔽是电磁干扰防护控制的最基本方法之一,其目的一是控制内部辐射区域的电磁场,不使其越出某一区域;二是防止外来的辐射进入某一区域.当外来电磁波遇到屏蔽材料时,就会被吸收,反射和多次反射,电磁波能量的继续传递受到削弱. CFRC复合材料中可形成导电网络,从而可产生屏蔽性能,碳纤维的添加量,长度以及成型方法对CFRC的屏蔽性能均有较大的影响.材料的屏蔽效能SE达到30~60dB的中等屏蔽值时才认为有效.性能良好的电磁屏蔽材料应具有较高的电导率和磁导率.碳纤维对电磁波有较强的反射性,利用水泥与混凝士此特性可将碳纤维复合材料用作薄壁结构吸波材料的背衬.这种材料是雷达波的反射体,特别是在低频下与金属一样反射电磁波..赵福辰等人通过实验发现”I,增加CFRC复合材料中导电碳纤维的长度和含量,可以明显提高屏蔽效果.3影响CFRC性能的主要因素3.1碳纤维掺入量和长度的影响张其颖等人”经过反复试验,确定了目前条件下制备轻质CFRC复合材料的适宜参数为:水泥: 轻骨料(重量)=2:1,水灰比0.65,复合外加剂含量0.5%,碳纤维长度6mm,掺入量3.3%.他的研究表明,外加剂,硅粉及热水养护方法都能促进碳纤维与水泥基体的粘结,更充分地发挥碳纤维的增强作用,提高复合体的强度.CFRC之所以具有良好的力学性能,一方面是因为碳纤维本身具有良好的力学性能,有明显的补强增韧效果;另一方面是合适的操作工艺,使得碳纤维在基体中分散较为均匀,阻断了裂纹的扩展和延伸,最终提高试体的抗折,抗拉,抗压性能.杨元霞等人”.0研究了碳纤维长度和掺量对CFRC导电性的影响,发现当碳纤维掺量(以占水泥质量计)在0~0.8%的范围内增加时,对于碳纤维长度为5mm和10mm的复合材料,其电阻率的变化分为先陡然下降,后缓慢下降,又急剧下降,再趋于平缓4个阶段.当碳纤维掺量相同时,长度为10mm的CFRC试件的电阻率比长度为5mm试件的电阻率要小,且在碳纤维掺量较小时,碳纤维长度对复合材料的电阻率影响较大,碳纤维掺量较大(大干0.6%)时,复合材料电阻率受碳纤维长度的影响变/J,.在水灰比,碳纤维掺量及成型工艺条件一定的情况下,碳纤维长度增大,CFRC导电性增强,但若纤维过长,则易集束成团,难于分散均匀,从而使碳纤维的利用率降低.所以,一般所用碳纤维长度不宜超过10mm.纤维在水泥基体中分散的均匀程度与其长径比有很大关系,一般是长径比越大,即纤维直径不变而纤维长度越大时,在搅拌中越易成球.因此,单纯从有利分散的角度来讲,应是纤维越短越好.同时,碳纤维的掺量对其分散性也有较大的影响.试验发现,在碳纤维和水泥混合搅拌过程中,当碳纤维掺量达到水泥质量的1%时,混合料中便会有明显的纤维团出现,且即使延长搅拌时间,纤维团也不会消失.所以,在一般的拌制工艺中,碳纤维的长度在5mm左右或更大时,碳纤维的最大掺量不宜超过1%.碳纤维的掺量和长度对CFRC的压敏性也有影响,对于5mm长的纤维,掺量为水泥质量的0.4%时压敏性最好,掺量增加或减少都使压敏性变差:对于10mm长的纤维,掺量为0.2%时效果最好,随着纤维掺量增加,压敏性越来越小.3.2碳纤维均匀分散的影响碳纤维直径仅为几个微米,表面光滑且憎水,在水泥基材料中很难均匀分散,这是制备电学能稳定的CFRC机敏材料的一个关键性难题.对于相同配比的CFRC材料,如果纤维分散不均匀,其电导率将产生明显的差异,这极大地限制了CFRC作为机敏材料的应用.提高碳纤维均匀分散的主要方法有两种:一是加入表面活性剂如羟乙基纤维素(HEC)用作分散剂,使自身具有增水性的碳纤维在水溶液中均匀分散;二是加入超细粉如硅灰,粉煤灰等,填充骨料间隙和絮化结构,占据水空间,使砂浆变稀,提高砂浆的和易性.研究表明陧,Ⅷ,HEC是促进碳纤维在水泥浆体中分散的一种有效的表面活性剂,它溶于水后,形成胶状透明液体,可以使碳纤维稳定地悬浮在水溶液中而不集结成束.HEC在降低纤维表面张力的同时,也降低了水泥基体的表面能,因而会在水泥浆体的搅拌过程中引入一定量的气泡.为了降低气泡的含量,制备CFRC试件过程中,添加HEC的同时,还应加入一定剂量的减水剂和消泡剂,这样,才能得到分散性能好,力学性能稳定的CFRC复合材料.图1(a)为短碳纤维均匀分散在水泥基体中时的SEM照片,图1(b)为短碳纤维呈集束状态,即分散不良时的SEM照片.均匀分散有利于改善CFRC的力学性能,反之,团聚会造成基体中存在大量的空隙,降低CFRC的力学性能.图2(a)为碳7(a)碳纤维分散呈良好分散态时(b)碳纤维呈集束态时图1短碳纤维在水泥基体中分散情况的SEM照片纤维均匀分散时,CFRC复合材料的抗压强度与纤维质量分数的关系,显然,抗压强度的提高与纤维质量掺量并不是呈线形增加,当纤维质量分数超过一定值时(0.6%),抗压强度反而逐渐降低.当短碳纤维呈不良分散状态时,抗压强度随纤维质量分数的增加直线下降如图2(b)所示.3.3碳纤维表面处理的影响碳纤维的表面比较光滑,比表面积小,表面能较低,具有活性的表面一般不超过总表面积的10%,呈现憎液性,所以较难与基体有较好的结合. 8凸_岂,_,暖1±】(a碳纤维呈良好分散态时)最大值5rit’’i0.0020.4限60.器《0碳纤维质量掺量(%)国内外已有许多研究人员采用多种方法对碳纤维表面进行了处理.表面处理可归纳为4大类:清除表面杂质:在纤维表面形成微孔或刻蚀槽,从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能;引进具有极性或反应性的官能团;形成和树脂起作用的中间层.DDLChung”日运用臭氧处理法,硅烷处理法等取得了可喜成果.她认为对碳纤维进行表面处理,增加了表面氧浓度,并且将表面氧从C—O型结构变成C=O结构,使纤维和水的接触角降到零,纤维的分散性提高,碳纤维与水泥基体之间的界面结332‘30凸_琶2岛警2624鞲=2220l8-=(b)碳纤维成不良分散态时004图2CFRC的抗压强度与碳纤维质量掺量的关系曲线0嚣I2l620碳纤维质量掺量(%).∞m合增强,最终提高了CFRC的拉伸强度,模量和延展性.同时,臭氧处理不影响纤维本身的形貌,强度及体积电阻.DDL.Chung1161也用30%的双氧水对碳纤维进行了表面处理,以改善碳纤维表面的疏水性,提高碳纤维对水的浸润性.张其颖认为碳纤维表面对水泥浆的润湿性不仅影响纤维与基体的界面粘结强度,还影响纤维在水泥中的分散程度.满华元等人”采用阳极表面处理法对碳纤维进行了处理,处理后的沥青碳纤维可使水泥复合材料比对应基体的力学的重点多集中在CFRC复合材料的力学性能和普通电学性能上,对其智能性,吸波性,Seebeck效应,Peltier效应和Thomson效应及其应用的研究远落后于美国DDL.Chung研究小组;CFRC复合材料屏蔽性能用于防止核辐射和电磁污染的研究还处在萌芽阶段;影响CFRC力学性能,电学性能的各主要成分之间的定量关系还未能精确描述;CFRC复合材料中纤维与基体之间的界面特征对其宏观性能的影响还有待进一步探讨.此外,制备CFRC过程中,除采取控制加料顺序,变换搅拌工艺,加入硅粉,HEC等分散剂促使碳纤维均匀分散外,材料研究工作者仍在寻找最理想的碳纤维分散方法.参考文献…王茂章,贺福.碳纤维的制造,性质及其应用【M】.北京:科学出版社,1984.第1版【2】李克智,王闯,李贺军,石振海.碳纤维增强水泥基复合材料的发展与研究.材料导报,2006,2O(5):85—88 【3】Zeng—QiangShi,D.D.L.Chung,Carbonfiber—re—inforcedconcretefortrafficmonitoringandweighingin motion,CemConcrRes,1999(29):435—439【4】张卫东,徐学燕.智能材料在土木工程健康监测中的应用【J】.石油工程建设,2004(2):9—13【5】邓宗才,钱在兹.碳纤维混凝土在反复荷载下的应力一应变全曲线研究【J】.建筑结构,2002(6):54—56 【6】赵稼祥.碳纤维的发展与应用【J】.纤维复合材料,1996(4):46—50【7】郭全贵,岳秀珍.单丝拔出实验表征碳纤维增强水泥复合材料的界面【J】.纤维复合材料,1995(3):42—46 【8】SihaiWen.DDL.Chung.Enhanc ingtheSeebeck effectincarbonfiber--reinforcedcementbyusingnter—calatedcarbonfibers.CemConcrRes,2000(3O):1295—1298-【9】Zeng—QiangShi,DD.L.Chung,Carbonfiber—re—inforcedconcretefortrafficmonitoringandweighingin motion,CemConcrRes,1999(29):435—439【1O】靳武刚.碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用【J】.现代塑料加工应用,2003(1):24—27【11】赵福辰.电磁屏蔽材料的发展现状【J】.材料开发与应用,2001(5):29—33【12】张其颖.碳纤维增强水泥混凝土导电机理的研究【J】.硅酸盐通报,2003(3):22—28【13】杨元霞,刘宝举.碳纤维水泥基复合材料电性能的若干研究.建筑材料学报,2001(2):200—203【14】韩宝国.碳纤维水泥基复合材料压敏性能的研究【D】.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2001【15】D.D.L.Chung.Carbonfiberreinforcedcement mortarimprovedbyusingacrylicdispersionasadmix—ture.CemConcrRes,2001(31):1633—1637【16】XuliFu,D.D.L.Chung.Ozonetreatmentofcar- bonfiberforreinforcingcement.Carbon,1998,36(9): 1337—1345【17】满华元,张岩.碳纤维阳极表面处理对CF/MDF水泥复合材料性能影响研究【J】.复合材料学报,1995(2):47—51【18】Jian—guoZhao,Ke-zhiLi,He-junLi,ChuangWang.Theinfluenceofthermafgradientonpyrocarbon depositionincarbon/carboncompositesduringtheCVI process,Carbon,2006(44):786—7919。
混凝土中纳米碳纤维的应用研究一、研究背景随着科技的不断发展，纳米技术逐渐成为研究的热点之一。
纳米碳纤维作为一种新型的纳米材料，具有很好的机械性能和化学稳定性，因此在各个领域都有着广泛的应用前景。
其中，在混凝土中添加纳米碳纤维可以有效提高混凝土的力学性能和耐久性，因此已经成为混凝土研究领域的热点之一。
二、研究意义混凝土是建筑工程中主要的建筑材料之一，其力学性能和耐久性对工程的安全性和寿命有着重要的影响。
通过添加纳米碳纤维可以提高混凝土的强度和抗裂性能，同时提高其耐久性和抗渗性能，因此在建筑工程中具有广泛的应用前景。
此外，研究混凝土中纳米碳纤维的应用也有助于深入了解纳米材料在混凝土中的作用机制，为混凝土材料的研究和应用提供新的思路和方法。
三、纳米碳纤维的制备方法纳米碳纤维的制备方法主要有化学气相沉积法、电弧放电法、热解碳化法等多种方法。
其中，化学气相沉积法是目前应用最广泛的制备方法之一。
该方法通过在高温下将碳源气体与金属催化剂反应生成纳米碳纤维。
在制备过程中可以控制反应条件和催化剂种类以调控纳米碳纤维的形态和尺寸。
四、纳米碳纤维在混凝土中的应用1. 纳米碳纤维对混凝土强度的影响研究表明，添加适量的纳米碳纤维可以显著提高混凝土的强度。
其主要作用机制是通过纳米碳纤维的加强作用增加混凝土的内聚力和抗拉强度。
同时，纳米碳纤维的高比表面积和化学稳定性也有助于提高混凝土的耐久性和抗裂性能。
2. 纳米碳纤维对混凝土耐久性的影响混凝土在长期使用过程中容易受到环境因素的影响而发生损坏。
通过添加纳米碳纤维可以有效提高混凝土的抗渗性和耐久性，减缓混凝土的老化速度。
此外，纳米碳纤维能够阻碍混凝土中的裂缝扩展，从而提高混凝土的抗裂性能。
3. 纳米碳纤维的添加方法在混凝土中添加纳米碳纤维的方法主要有两种，一种是在混凝土的制备过程中将纳米碳纤维与水泥、沙子等原材料混合均匀后浇筑成型；另一种是将纳米碳纤维溶于水中后喷洒在混凝土表面，形成一层纳米碳纤维膜，以达到增强混凝土的效果。
纳米材料在水泥基材料中的应用引言：纳米材料作为一种新兴的材料科学领域，具有优异的物理和化学性质，广泛应用于各个领域。
在建筑材料中，特别是水泥基材料中，纳米材料的应用正在得到越来越多的关注。
本文将介绍纳米材料在水泥基材料中的应用，并探讨其优势与挑战。
一、纳米材料在水泥基材料中的应用优势1. 改善水泥基材料的力学性能：纳米颗粒具有较大的比表面积和高度的活性，能够与水泥基材料中的水化产物进行更充分的反应，从而提高水泥基材料的力学性能，如强度、抗裂性等。
2. 提高水泥基材料的耐久性：纳米材料能够填充水泥基材料中的微观缺陷，提高其致密性和抗渗性，从而延长材料的使用寿命，并减少维修与更换的频率。
3. 调控水泥基材料的微观结构：纳米材料可以通过改变水泥基材料的晶体结构和孔隙结构，调控材料的物理和化学性能，从而实现对材料性能的精确控制。
二、纳米材料在水泥基材料中的具体应用1. 纳米硅酸盐颗粒的应用：纳米硅酸盐颗粒可以用作水泥基材料的掺合料，能够增强水泥基材料的力学性能和耐久性。
同时，纳米硅酸盐颗粒还具有催化剂的作用，可以促进水泥基材料的水化反应，提高水泥基材料的早期强度。
2. 纳米氧化铝颗粒的应用：纳米氧化铝颗粒可以用作水泥基材料的填料，能够填充水泥基材料的孔隙，提高材料的致密性和抗渗性。
此外，纳米氧化铝颗粒还能够吸附水泥基材料中的有害物质，减少材料的污染程度。
3. 纳米碳纤维的应用：纳米碳纤维可以用作水泥基材料的增强材料，能够提高材料的强度和韧性。
此外，纳米碳纤维还具有导电性和导热性，可以应用于水泥基材料的防雷和导热等方面。
4. 纳米氧化钛颗粒的应用：纳米氧化钛颗粒可以用作水泥基材料的添加剂，能够吸收紫外线，减少水泥基材料的老化和变色。
同时，纳米氧化钛颗粒还具有自洁性，能够降低材料的污染和维护成本。
三、纳米材料在水泥基材料中的挑战与展望1. 纳米材料的合成和制备：纳米材料的合成和制备方法仍面临一定的挑战，如成本高、工艺复杂等。
0引言水泥是一种绝缘材料，可以通过与其它材料共混使其具有一定导电性能[1]。
碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、质量轻和导电性好等特点，在水泥基体中添加短切碳纤维可以制备出碳纤维增强水泥基（CFRC ）复合材料[2]。
适量碳纤维掺到水泥基体中，不仅可以提高CFRC 复合材料的拉伸塑性、粘结强度、弯曲强度和韧性，而且能够减小CFRC 的干燥收缩，从而实现在较大范围内调整CFRC 的电阻率。
其具有包括压敏性、热电效应、焦耳效应、比热容高、导热系数低、导电性好、耐蚀性好、热电性能和耐高温等优异性能[2-7]。
有研究表明[8-12]，随着碳纤维掺量增加，材料的导电性能有所提高，但碳纤维掺量过高时，空隙率较大，会影响CFRC 复合材料的力学性能。
本实验采用两步法制备了碳纤维分散均匀的CFRC 复合材料。
利用扫描电镜、电阻测试仪和电子万能试验机研究了碳纤维掺量、长度和成型工艺对CFRC 复合材料力学性能和电学性能的影响。
1实验1.1原材料聚丙烯腈基短切碳纤维：上海和伍复合材料科技有限公司，长度分别为4、7、10mm ，主要性能指标见表1。
水泥：冀东水泥有限公司的P ·C32.5水泥，符合GB 175—2007要求。
分碳纤维增强水泥基复合材料的制备及其性能研究孙杰，魏树梅（内蒙古建筑职业技术学院，内蒙古呼和浩特010050）摘要：以碳纤维为增强相制备分散均匀的碳纤维增强水泥基（CFRC ）复合材料，研究了碳纤维长度、掺量和成型工艺对CFRC 复合材料性能的影响。
结果表明：掺入碳纤维后，CFRC 复合材料的力学性能有所提高，电阻率明显降低；采用10mm 碳纤维、掺量为0.6%时，CFRC 复合材料的抗压强度最大提高了22.6%；碳纤维掺量相同时，碳纤维越长，电阻率越小；采用振动压实法成型试件，更有利于提高CFRC 复合材料的导电率。
关键词：碳纤维；水泥；分散；CFRC ；导电率中图分类号：TU528.58+2文献标识码：A文章编号：1001-702X （2018）10-0061-04Study on the preparation and properties of carbon fiber reinforced cement matrix compositesSUN Jie ，WEI Shumei（Inner Mongolia Technical College of Construction ，Hohhot 010050，China ）Abstract ：Carbon fiber reinforced cement （CFRC ）composites were prepared with carbon fiber as reinforcing phase.The effectsof carbon fiber length ，content and molding process on the properties of CFRC composites were studied.The results show that compared with ordinary cement ，the mechanical properties of carbon fiber reinforced cementitious composites are improved and the resistivity decreases obviously.In CFRC composites ，when 10mm carbon fiber is used by 0.6%，the compressive strength of CFRC composites is increased by 22.6%.When the carbon fiber content is the same ，the longer the carbon fiber ，the smaller the resistivi －ty is.And the test specimen molded by vibration compaction method can improve the conductivity of CFRC composites.Key words ：carbon fibre ，cement ，dispersed ，CFRC ，conductivity 收稿日期：2018-04-18；修订日期：2018-06-07作者简介：孙杰，男，1981年生，河北武安人，讲师，研究方向为土木工程、建筑工程、建筑工程管理。
