炭纤维增强水泥复合材料的制备及力学性能研究.pdf

2009年第6期玻璃钢/复合材料31

炭纤维增强水泥复合材料的制备及力学性能研究

郑争旗1,余洋1,闫曦2
(1.新疆创越投资有限责任公司,新疆乌鲁木齐830011;2.中科院山西煤炭化学研究所,山西太原030001)
摘要:本文采用羧甲基纤维素钠(SodiumCarbonxymethylCellulose,CMC)与硅微粉(FineSilicaFumes,SF)作为复合分散
剂对PAN基炭纤维进行协同分散来制备炭纤维增强水泥复合材料(CarbonFiberReinforcedCementComposites,CFRCC),研究
了炭纤维用量、分散剂配比及水灰比对其强度的影响。试验结果表明,此法对纤维具有良好的分散效果。经过对各个掺量进
行优选发现,在炭纤维为水泥掺量的1%,CMC和SF的分别为0.05%和15%,水灰比为0.30~0.32时效果最好,所得CFRCC
7d(7天)的抗折和抗压强度分别提高了31.22%和41.25%。
关键词:炭纤维;增强水泥;制备;力学性能
中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:1003-0999(2009)06-0031-04

炭纤维增强水泥复合材料(CarbonFiberRein地改善纤维在CFRCC中的分散性,但是分散剂加量
forcedCementComposites,CFRCC)是70年代末期逐渐太小时,分散效果不明显,而加量太大又会向
发展起来的一类新型水泥基复合材料,这类材料以高CFRCC中引入大量缺陷,另外,分散剂还具有增稠
比强度、高比模量、良好的抗弯、抗拉、抗冲击强度以及作用、缓凝作用和价格昂贵等缺点[19],因此,单一用
纤维的化学稳定性等优点而倍受人们青睐[1~3]。分散剂来分散纤维已经不是经济可行的好方法了。
CFRCC在很多国家的建筑、桥梁,石油钻井等领域都有有文献报道[20],含有活性成份的外掺粉料(如硅微
应用。日本鹿岛建设公司于1982年最先将沥青基炭纤粉、粉煤灰、珍珠粉砂等)对纤维也有较好的分散作
维制成的CFRCC板用于伊拉克的AlShehee纪念馆的用,而且这些外掺粉料具有提高CFRCC的密实度,增
外部,1986年又利用CFRCC为幕墙板建成了Kasaka加其力学性能等作用。因此本文拟采用羧甲基纤维
Koppong区的一座办公大楼,总面积达32000㎡,与普素钠(SodiumCarbonxymethylCellulose,CMC)与硅微
通混凝土相比,重量减轻50%,强度增加5~10倍,钢粉(FineSilicaFumes,SF)作为复合分散剂对PAN基
材减少20%。1988年在东京兴建的几座大楼又采用炭纤维进行协同分散,同时考察了复合分散剂、炭纤
[4,5]
这种幕墙,引起了社会的广泛反响。目前,有关维用量及水灰比对CFRCC力学性能的影响。
CFRCC的制备、性能及应用研究已经成为一个热门1实验原料及制备工艺
领域吸引了国内外众多科技工作者的注意。其中
,,11实验原料
以美国纽约大学的、及
BuffaloD.D.L.ChungX.Fu高效减水剂FDNA(萘磺酸盐甲醛缩合
PW.Chen、哈尔滨工业大学的欧进萍、同济大学的吴物,山东汶河化工有限公司提供)、硅微粉(800目)、
科如及武汉工业大学的沈大荣、李卓球等人的研究最PAN基炭纤维(T300)、消泡剂(磷酸三丁酯)、羧甲
具代表性,他们在这一领域进行了系统而深入地研基纤维素钠(CMC)、水泥:PS325级水泥。
究。现已成功地研制出具有温度自监控、自修复、自
表基炭纤维的物理性能参数
适应、自调节、损伤自诊断和反射与吸收电磁波等功1PAN
Table1ThephysicalparametersofPANbasedcarbonfiber
能的智能型混凝土[6~15]。
虽然国内外在CFRCC制备方面取得了许多成直径密度拉伸强度弹性模量长度
/m-3/GPa/GPa/mm
就,但由于炭纤维的表面疏水性,在CFRCC制备方/gcm
面还存在着炭纤维的均匀分散问题。目前,国内外71.763.532302~3
解决这种问题的主要方法是加入分散剂和纤维表面12试样制备
处理两种方法[16~18]。其中表面处理法由于工艺复(1)将称量好的CMC缓慢加入占试验总用水
杂很少被采用,而用分散剂分散纤维虽然可以很好量约25%的水中,搅拌均匀后,加入PAN炭纤维和

收稿日期:20080701
本文作者还有史景利和郭全贵。
作者简介:郑争旗,男,助理工程师,主要从事碳纤维的开发及其应用研究。

FRP/CM2009.No.6
32炭纤维增强水泥复合材料的制备及力学性能研究2009年9月

SF继续搅拌至纤维成单丝状态;维的高强抗拉特性,使CFRC