碳纳米管水泥基复合材料的动力学性能及作用机理研究

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1、硕士学位论文碳纳米管水泥基复合材料的动力学性能及作用机理研究RESEARCHONDYNAMICPROPERTIESANDMECHANISMOFCARBONNANOTUBESCEMENT-BASEDCOMPOSITEMATERIALS刘玉凯哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU528学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文碳纳米管水泥基复合材料的动力学性能及作用机理研究硕士研究生：刘玉凯导师：刘铁军教授申请学位：工学硕士学科：结构工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TU528U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONDYNAMICPROPERTIESANDMECHANISMOFCARBONNANOTUBESCEMENT-BASEDCOMPOSITEMATERIALSCandidate：LiuYukaiSupervisor：Prof.LiuTiejunAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringAffiliation：Shen

3、zhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要碳纳米管作为一种纳米材料，具有非常优越的力学性能，在理论上非常适合应用于改善复合材料的性能。目前，学术界在碳纳米管水泥基复合材料的力学性能研究方面已经取得了一些重要成果，但对碳纳米管水泥基复合材料动力学性能的研究还处于探索阶段，因此本文力图系统研究碳纳米管水泥基复合材料的动力学性能，并且探讨其作用机制。首先对碳纳米管水泥基复合材料的动力学性能

4、进行试验研究，得出了碳纳米管对复合材料动力学性能的影响规律；然后借助扫描电镜分析、水化热分析、X射线物相分析、综合热分析及交流阻抗谱分析等一系列实验方法对其进行机理分析。主要包括以下研究内容：通过强度、动态热分析、阻尼和断裂韧性实验研究了碳纳米管掺量对水泥基复合材料动力学性能的影响规律。研究结果表明：碳纳米管能够不同程度地提高水泥基复合材料的抗折强度、断裂韧度、临界裂缝张开嘴位移、损耗因子以及构件的一阶阻尼比，而使得复合材料的抗压强度和储存模量有所降低。利用扫描电镜、水化热、X射线物相和综合热实验对碳纳米管水泥基复合材料进行了微观测试，为碳纳米管增强水泥基复合材料动力

5、学性能提供理论依据。研究结果表明：复合材料的抗折强度、断裂韧度、临界裂缝张开嘴位移、损耗因子以及构件的一阶阻尼比提高主要归因于碳纳米管的耗能作用，具体表现在碳纳米管的桥联、拔出和对裂缝开展的阻碍作用等；复合材料抗压强度和储存模量的降低主要归因于碳纳米管抑制水泥水化反应，使水化产物含量降低，同时团聚的碳纳米管在基体内部形成缺陷，试件受荷时在缺陷处会产生应力集中现象。利用交流阻抗谱法研究了碳纳米管对水泥基复合材料水化反应及导电性能的影响。研究结果表明：碳纳米管的加入同样抑制了水泥的水化反应，同时碳纳米管使水泥基复合材料内部电荷传递电阻减小。复合材料电荷传递电阻减小主要归因

6、于碳纳米管提高了复合材料孔隙溶液中导电离子的含量及孔隙含水率；碳纳米管导电性能良好，在基体材料中形成短路，从而降低了复合材料的电阻。因此，从交流阻抗谱分析可以看出：碳纳米管的加入抑制了水泥的水化，提高了水泥的孔隙含水率，这正与前部分微观测试结果相吻合。关键词：碳纳米管；水泥基复合材料；动力学性能；交流阻抗谱；机理分析-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsakindofnanomaterialwithexcellentmechanicalproperties,carbonnanotubesissuitabletoenhancetheperformanc

7、eofcompositematerialsintheory.Atpresent,theacademiahasmadesignificantachievementsinthestudyofthestaticmechanicalpropertiesofcarbonnanotubescement-basedcompositematerials,butresearchonthedynamicperformanceofcarbonnanotubescement-basedcompositematerialsisstillintheexploratorystag