采用3种丙烯酸聚合物乳液(纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液)对麦秸纤维进行了改性处理,对比分析了未改性和改性麦秸纤维的吸水率、润湿性、抗拉强度,并进行了微观分析。在此基础上,研究了改性麦秸纤维对水泥基材料力学性能的影响。结果表明:与未改性麦秸纤维相比,3种改性麦秸纤维的吸水率均降低,疏水性和抗拉强度均提高;与纯丙乳液和苯丙乳液改性麦秸纤维相比,硅丙乳液改性麦秸纤维的吸水率最低,疏水性和抗拉强度最高;与未改性麦秸纤维增强水泥基材料相比,3种改性麦秸纤维增强水泥基材料的抗压、抗折强度提高,韧性增强,其中,硅丙乳液改性麦秸纤维对水泥基材料的增强、增韧作用相对最好。

研究了大理石粉的细度(13μm、18μm、38μm)和掺量(0、5%、10%、15%、20%)对水泥基材料工作性、力学性能和碱活性的影响,采用XRD和SEM分析了水化产物和微观结构。结果表明:随着大理石粉掺量的增加,浆体的标准稠度用水量先增大后减小,流动度增大,且大理石粉的细度越大,标准稠度用水量和流动度越大;掺加适量(5%)的大理石粉可以有效提高水泥基材料的抗压、抗折强度,且大理石粉的细度越大,对抗压、抗折强度的提高效果相对越明显;大理石粉的细度越大,水泥基材料的28 d膨胀率越大;微观结果表明,大理石粉在水泥基材料中起到微集料填充作用,同时具有一定的活性。

为了提高水泥基材料的抗碳酸腐蚀性能,通过碳酸腐蚀前后砂浆的外观、质量、抗压强度和腐蚀深度的变化,研究了粉煤灰和硅灰的掺量、掺入方式(单掺、复掺)对砂浆抗碳酸腐蚀性能的影响。结果表明:单掺时,粉煤灰和硅灰的最佳掺量分别为15%、5%;复掺时,当m粉煤灰∶m硅灰=7∶3时,砂浆的抗碳酸腐蚀性能最佳,且优于单掺粉煤灰或硅灰砂浆的性能。

为了深入探讨碳纳米管水泥砂浆的电导特性,在细观力学的基础上提出了预测碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的数学模型。该模型基于Mori-Tanaka方法,考虑碳纳米管之间的隧穿电导,可求出碳纳米管复合水泥基体的有效电导;此外,还考虑了应变作用下孔隙水离子电导随空隙连通性变化对碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的影响,根据试验结果拟合出相关预测参数。结果表明:考虑离子电导的影响,根据提出的预测模型求出的压阻效应预测值与试验结果符合较好。

以纳米炭黑和膨胀珍珠岩为吸波剂和轻骨料,设计制备了层状结构轻质水泥基复合材料,采用弓形反射法研究其对X波段的微波吸收性能,并对其导热系数进行了测试。结果表明:与传统的阻抗渐变多层结构相比,所制备的层状结构水泥基材料具有更好的微波吸收性能,对X波段的电磁波反射率小于-15 dB;所制备的层状结构轻质水泥基复合材料具有显著的保温隔热功效。

基于目前粉末3D打印水泥基材料研究成果,综述了打印墨水特性(黏度、表面张力、渗入度等)、粉末特性(粒径分布、矿物掺合料、密实度等)和打印参数(层厚、路径、打印速度等)对水泥基材料粉末3D可打印性及其力学性能的影响规律,并分析了粉末3D打印水泥基材料在建筑行业应用遇到的问题,可为粉末3D打印水泥基材料关键技术在建筑工程领域的应用与发展提供参考。

总结了石墨烯及其衍生物在水性体系中的分散性,从耐久性能、力学性能和功能性方面介绍了石墨烯及其衍生物水泥基复合材料的研究现状,并对其研究方向进行了展望。

采用碱溶液浸泡和煮沸对椰壳纤维进行预处理,研究了处理时长对椰壳纤维吸水率、表面形貌、拉伸强度、弹性模量和表面静摩擦力的影响,并将预处理椰壳纤维掺入到水泥基材料中,研究了预处理椰壳纤维对水泥基材料拉伸性能和弯曲性能的影响。结果表明:与未处理椰壳纤维相比,煮沸处理2 h或碱处理5 h后,椰壳纤维的吸水率分别降低了40.25%、48.56%,拉伸强度分别降低了3.26%、5.54%,弹性模量分别降低了8.71%、3.32%,表面静摩擦力分别提高了209.41%、262.35%;采用浓度为15%的有机硅烷溶液浸泡预处理椰壳纤维后,再将预处理椰壳纤维分别按质量比m碱处理∶m煮沸处理=3∶1、m碱处理∶m煮沸处理=1∶1混掺时,水泥基材料的拉伸强度、弯曲强度较空白组分别提高了76.08%、68.04%。

通过正交试验研究了水胶比、砂胶比、粉煤灰掺量和剑麻纤维掺量对水泥基路面材料抗压性能和弯拉性能的影响。结果表明,高延性剑麻纤维水泥基路面材料的最佳配合比为:水胶比0.30、砂胶比0.4、粉煤灰掺量30%、剑麻纤维掺量0.5%,此时,试件的弯拉强度满足JTG D40—2011《公路水泥混凝土路面设计规范》的要求,且抗压强度较高,为66.62 MPa。

研究了不同掺量聚丙烯纤维对水泥基材料力学性能的增强作用,以及纳米SiO2在高速研磨搅拌+超声波分散的条件下,对掺聚丙烯纤维的水泥基材料的增强作用。试验结果表明,在水泥基材料中掺入聚丙烯纤维能在一定程度上提高试样的抗折、抗压强度,随着纤维掺量的增加,水泥基材料强度呈现先提高后逐渐降低的趋势。采用高速研磨搅拌+超声波的方法分散纳米SiO2,在纤维及纳米SiO2掺量均很小的情况下,可较大幅度提高水泥基材料的强度。