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纳米碳纤维水泥基复合材料的制备及其性能研究
摘要：
本文研究了一种新型纳米碳纤维水泥基复合材料的制备及其性能。该复合材料是以水泥作为基材料，通过添加纳米碳纤维（NCNTs）来强化材料的力学性能和耐久性能。本文采用扫描电子显微镜、拉伸试验、压缩试验和抗渗测试等方法对材料进行了性能测试，结果表明该复合材料具有较好的力学性能、优异的抗渗性能和较高的耐久性能。
关键词：
纳米碳纤维、水泥基复合材料、强化、力学性能、抗渗性能、耐久性能。
1.引言
水泥基材料广泛应用于建筑、水利、交通等领域，但其力学性能和耐久性能仍存在一定的缺陷。为了提高水泥基材料的力学性能和耐久性能，近年来研究者们不断寻求新的材料强化方式。其中添加纤维材料是一种常用的方法，但目前市场上主要使用的是短纤维或粗纤维，其增强效果有限。
纳米技术的发展为水泥基材料的强化提供了新的思路和方法。纳米碳纤维（NCNTs）是一种新型的纳米碳材料，其具有高强度、高模量、优异的导电性和热导性等优良性质。因此，将其与水泥基材料复合可以有效提高材料的力学性能和耐久性能。
2.实验部分
2.1材料制备
本文采用普通水泥、砂子、NCNTs和适量的水进行制备。其中NCNTs为电子显微镜确定粒径为20-50nm的产品。
将水泥、砂子和NCNTs按1：1：0.03的质量比混合，然后加适量的水进行搅拌，搅拌至混凝土均匀。将搅拌好的混凝土放入振动模具中进行模压，压制成规格为10cm*10cm*10cm的混凝土试块。制备后试块放置在20℃，相对湿度为65%的条件下养护28天，以获得充分的强度。
2.2试验方法
2.2.1扫描电子显微镜观察
将NCNTs水泥基复合材料切割成适当大小，然后通过扫描电子显微镜观察其内部结构和NCNTs的分布情况。
2.2.2拉伸试验
采用万能材料试验机对试件进行拉伸测试。测试速率为0.5mm/min。通过测试得到材料的极限抗拉强度和断裂伸长率。
2.2.3压缩试验
采用万能材料试验机对试件进行压缩测试。测试速率为0.5mm/min。通过测试得到材料的极限抗压强度和峰值应变。
2.2.4抗渗性能测试
采用压力负压法进行渗透性试验。将试件沉浸于水中，然后施加氩气压力使水渗透到试块内部，记录下试块内部的水流量和时间。
2.2.5耐久性能测试
采用冻融循环试验和盐水浸泡试验评价材料的耐久性能。将试件浸入盐水和水中，然后进行重复冻融循环。每次循环后进行拉伸试验并记录试件的塑性变形和抗拉强度变化。
3.结果与讨论
3.1纳米碳纤维水泥基复合材料的结构和性能
通过扫描电子显微镜可以观察到NCNTs均匀分散在水泥基材料中，且与水泥基材料的界面黏附牢固。由于NCNTs的高强度和高模量，可以有效增强水泥基材料的力学性能。同时，NCNTs的优异导电性能可以提升材料的电学性能，使其具有更好的防雷电性能。
3.2强化效果
通过拉伸试验和压缩试验的结果可以看出，在添加NCNTs后，材料的极限抗拉强度和极限抗压强度分别提高了29.8%和31.5%，峰值应变和断裂伸长率也有所提高。这说明NCNTs可以有效增强水泥基材料的力学性能。
3.3抗渗性能
通过抗渗性测试结果可以看出，添加NCNTs后，材料的渗透系数大大降低，抗渗能力提升了30.2%。说明添加NCNTs可以有效提高水泥基材料的抗渗性能。
3.4耐久性能
通过冻融循环试验和盐水浸泡试验的结果可以看出，添加NCNTs后的材料的耐久性能大大提高。在冻融循环过程中，添加NCNTs的试件塑性变形容易恢复，抗拉强度也较高，而盐水浸泡试验中添加NCNTs的试件明显比未添加的试件耐腐蚀性更好。
4.结论
本文采用纳米碳纤维作为强化剂，成功制备出了一种新型纳米碳纤维水泥基复合材料。研究结果表明，添加NCNTs能够显著提高水泥基材料的力学性能、抗渗性能和耐久性能。这表明纳米碳材料在水泥基材料中具有良好的强化效果，可以为水泥基材料的强化、耐久性、导电性等方面提供新的思路。
参考文献：
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