基于声发射和DIC_的碳纳米管水泥基材料抗压力学性能研究

第42卷第12期2023年12月
硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报
BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY
Vol.42㊀No.12
December,2023
基于声发射和DIC的碳纳米管水泥基材料
抗压力学性能研究
雷龙坚1,郝㊀勇1,袁㊀满1,杜国锋1,袁洪强1,左清军2
(1.长江大学城市建设学院,荆州㊀434023;2.三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室,宜昌㊀443002)
摘要:为研究碳纳米管(CNTs)对水泥基材料抗压力学性能的影响,对不同掺量(0%~1.0%,质量分数)CNTs的水
泥基材料进行单轴抗压试验,并采用声发射(AE)和数字图像相关方法(DIC)进行全过程监测㊂结果表明:随着CNTs掺量增加,试件的抗压强度呈先增大后减小的趋势,当CNTs掺量为0.6%时,试件抗压强度达到最大值,较对
照组提升了23.6%;当CNTs掺量为0.8%时,试件抗压强度较掺0.6%CNTs时降低了10.6%,较对照组提升了10.5%㊂振铃计数㊁能量变化与试件加载过程的应力应变曲线吻合较好,振铃计数与能量突增可以作为试样损伤
破坏的预警依据㊂加载阶段的应变值随碳纳米管掺量增加先增大后减小,并且抗压强度小的试件率先出现明显应
变变化㊂主应变云图主要为轴向分布,表明试件表面的破坏模式以竖向劈裂为主㊂
关键词:碳纳米管;水泥基材料;声发射;数字图像相关方法;损伤监测
中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)12-4233-09
Study on Compressive Mechanical Properties of Carbon Nanotube
Cement-Based Materials Based on Acoustic Emission and DIC
LEI Longjian1,HAO Yong1,YUAN Man1,DU Guofeng1,YUAN Hongqiang1,ZUO Qingjun2
(1.School of Urban Construction,Yangtze University,Jingzhou434023,China;
2.Hubei Key Laboratory of Disaster Prevention and Mitigation,China Three Gorges University,Yichang443002,China) Abstract:In order to study the influences of carbon nanotubes(CNTs)on compressive mechanical properties of cement-based materials,uniaxial compressive test was conducted on cement-based materials with different of CNTs content (0%~1.0%,mass fraction),and acoustic emission(AE)and digital image correlation method(DIC)were used for whole process monitoring.The results show that with the addition amount of CNTs,the compressive strength of specimen increases first and then decreases.The compressive strength of specimen reaches the maximum value when the content is 0.6%,which is2
3.6%higher than that of control group.When the content of CNTs is0.8%,the compressive strength of specimen is10.6%lower than0.6%CNTs group and10.5%higher than that of control group.The ringing count and energy change are in good agreement with stress-strain curve of specimen during loading.The ringing count and energy sudden increase can be used as early warning basis for the damage and failure of specimen.The strain value in loading stage increases first and then decreases with the increase of CNTs content,and the specimen with low compressive strength first shows obvious strain changes.The main strain cloud diagram is mainly axial distribution,indicating that the failure mode of specimen surface is mainly vertical splitting.
Key words:carbon nanotube;cement-based material;acoustic emission;digital image correlation method;damage monitoring㊀
收稿日期:2023-07-11;修订日期:2023-08-25
基金项目:国家自然科学基金(52078052);防灾减灾湖北省重点实验室(三峡大学)开放基金(2021KJZ08);湖北省科技厅重点研发计划(2022BAD151)
作者简介:雷龙坚(1999 ),男,硕士研究生㊂主要从事岩土工程方面的研究㊂E-mail:2021720751@
通信作者:郝㊀勇,博士,高级工程师㊂E-mail:518004@
4234㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷0㊀引㊀言
水泥基材料是以水泥为胶凝材料的常用工程材料,是世界上使用范围最广泛的工程材料[1]㊂传统水泥基复合材料存在强度低㊁过早开裂等缺点,已经无法满足人们对高性能混凝土的要求,新型水泥基复合材料成为当下的研究热点[2],其中在水泥基材料中添加纳米材料是提高强度㊁增强韧性和减少裂纹的有效方法㊂碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)是日本科学家Lijima[3]发现的一种新型纳米材料,其横纵比达到1000,比表面积通常为200~300m2/g,密度为1330kg/m3,弹性模量高达1TPa,拉伸强度超过50GPa㊂此外,碳纳米管具有优异的物理性能㊁力学特性㊁压敏性能[4-5],能够很好地增韧水泥基材料㊂研究[6-9]表明,将适量分散均匀的CNTs掺入水泥基材料会促进水泥水化,从而改变水泥基材料微观结构,增强结构强度和耐久性㊂
基于碳纳米管优异的力学性能,国内外许多学者探讨研究了CNTs掺量对水泥基材料强度的影响㊂Mousavi等[10]通过添加0%~0.2%(文中掺量均为质量分数)CNTs,研究了水泥净浆的抗压强度变化,结果表明添加0.05%CNTs的试件在养护28d后抗压强度增加了27%㊂Mohsen等[11]通过试验发现,当CNTs 的掺量为0.25%时,水泥的抗压强度达到最大值,提高了25%㊂Hamzaoui等[12]研究了CNTs掺量对水泥砂浆和混凝土的影响,结果表明掺0.01%CNTs的砂浆抗压强度达到最大值,相较于对照组提高了21.2%;混凝土的抗压强度在CNTs掺量为0.003%时达到最大值,相较于对照组提高了17.65%㊂Chaipanich等[13]研究发现,掺入0.5%CNTs和10%硅粉能将砂浆的抗压强度提高117%㊂Ahmed等[14]研究表明,CNTs对水泥材料的力学强度提升效果与水灰比无关,将适量CNTs掺入水泥浆体后,其抗压强度提高了58%㊂李伟娜等[15]通过微观观测CNTs对水泥净浆的力学性能影响机理,发现碳纳米管可加速水泥水化反应,进而改善水泥基体的力学性能㊂
研究[16-17]表明,损伤及变形特征与材料的力学性能密切相关㊂水泥基材料在荷载作用下的损伤主要是裂缝的产生㊁扩展和断裂引起的,准确监测水泥基材料结构损伤,并据此评估损伤材料的力学性能是十分必要的[18]㊂而水泥基材料的全场变形及局部应变特征在研究试件单轴压缩变形规律㊁裂缝扩展规律㊁破坏模式及应变均匀性等方面具有重要意义㊂苏怀智等[19]基于声发射(acoustic emission,AE)技术对水泥基材料的劣化行为进行表征,评估劣化形态,剖析劣化致因,发现AE技术能较为全面地分析材料的损伤状态㊂朱德滨[20]采用AE技术对比检测了水泥基复合材料在三点抗弯试验下的开裂损伤规律,结果表明,AE事件定位能很好地判断损伤发生的位置㊂卜静武等[21]采用AE技术监测不同橡胶掺量对单调荷载作用下混凝土破坏的影响过程,结果表明,AE累计振铃计数能较好地反映混凝土破坏过程的各个阶段㊂任会兰等[22]基于数字图像相关方法(digital image correlation method,DIC),研究了混凝土拉伸劈裂破坏过程中的全场变形和局域化破坏特征,发现试件变形的数字图像相关分析结果和应变试验测量结果吻合较好,验证了基于DIC 获得混凝土试件全场变形的有效性㊂赵燕茹等[23]通过DIC方法测得混凝土表面全场位移和局部应变特征,发现DIC测量应变和裂缝开口位移与应变片及激光引伸计测得的趋势相同㊂
上述研究表明,损伤监测和变形监测方面的研究已经取得了较多成果,但水泥基材料单轴抗压试验的监测方法比较单一,为综合研究碳纳米管水泥基材料的抗压力学性能,本文对不同掺量(0%~1.0%)的碳纳米管水泥基材料进行单轴抗压试验,同时采用AE和DIC对试件的加载全过程进行监测,以AE振铃计数㊁能量变化和DIC主应变云图变化为特征,综合监测和评估试件的结构损伤㊂
1㊀实㊀验
1.1㊀原材料
试验选用普通硅酸盐水泥,型号为P㊃O42.5,主要化学组成如表1表示㊂CNTs采购于苏州碳丰科技有限公司,技术参数见表2㊂硅粉采用500目(30μm)硅粉,分散剂为由聚羧酸盐聚合物组成的水基超塑化剂,试验用水为实验室普通自来水㊂
㊀第12期雷龙坚等:基于声发射和DIC的碳纳米管水泥基材料抗压力学性能研究4235
表1㊀水泥的主要化学组成
Table1㊀Main chemical composition of cement
Composition SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO K2O SO3Loss Mass fraction/%20.93 4.89 2.8960.42 2.48 1.98 1.93 3.60
表2㊀碳纳米管的技术参数
Table2㊀Technical parameters of carbon nanotubes
Purity/%Internal diameter/nm External diameter/nm Length/um Specific surface area/(m2㊃g-1)Density/(g㊃cm-3) >953~58~153~12>2330.15
1.2㊀试验方法
1)制备样品
取5g聚羧酸盐聚合物分散剂与200mL水混合,用称量纸称取一定量的碳纳米管,将其缓慢加入有分散剂的水溶液混合并机械搅拌均匀,搅拌3~5min至碳纳米管粉末不再浮于溶液表面,再将其置于超声波水浴分散装置中进行超声波分散,水浴温度调至30ħ,超声频率为40kHz,分散30min后碳纳米管分散液制备完成㊂
2)碳纳米管水泥净浆试件的成型和养护
称量1350g水泥㊁150g硅粉置于水泥净浆搅拌锅中混合均匀,在搅拌机中低速干混1min,再将剩余水加入碳纳米管分散液中,搅拌均匀后将其一并倒入水泥和硅粉的拌合物中,在水泥净浆搅拌器中高速搅拌10min后停止搅拌㊂
将搅拌完成的水泥净浆倒入刷好脱模剂的50mmˑ50mmˑ50mm水泥模具中,压实抹平后进行轻微振捣,以保证水泥浆体密实填充于模具中,在室温养护24h后进行脱模,再将试件放入标准温度和湿度的养护室中养护7和28d㊂
3)材料配合比及性能测试
制备8组不同碳纳米管掺量的水泥基材料试件,相应碳纳米管掺量为0%㊁0.1%㊁0.2%㊁0.4%㊁0.5%㊁0.6%㊁0.8%㊁1.0%,记为A0㊁A1㊁A2㊁A3㊁A4㊁A5㊁A6㊁A7,其中A0为未掺杂碳纳米管的对照组,水胶比均为0.4,试验配合比见表3㊂
表3㊀碳纳米管水泥基材料试验配合比
Table3㊀Experimental mix proportion of carbon nanotube cement-based composites
Sample No.Mass/g
Cement Silica fume CNTs Dispersant Water Water-binder ratio A01350150056750.4
A11350150 1.556750.4
A21350150 3.056750.4
A31350150 6.056750.4
A413501507.556750.4
A513501509.056750.4
A6135015012.056750.4
A7135015015.056750.4
按照上述配合比制备碳纳米管水泥基材料,并对养护7和28d的标准试件进行单轴抗压试验,在压缩过程中分别采用声发射技术和DIC对试件进行全过程实时监测㊂
4)试验过程
在相同水胶比㊁相同分散方式和养护条件下,参考‘建筑砂浆基本性能试验方法标准“(JGJ/T70 2009),采用微机控制电液伺服万能机测试系统(EHC-3100型)对不同CNTs掺量的水泥基材料进行单轴抗压试验,最大荷载为300kN,功率为2.0kW;加载速度用位移表示,设置位移控制值为0.01mm㊃s-1,加载至试件破坏且荷载显示一定下降段后停止㊂
4236㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42
卷
图1㊀声发射传感器布置Fig.1㊀Acoustic emission sensor layout 声发射监测使用DS5-8B 声发射仪(北京软岛时
代科技有限公司),采用四通道模式,通道最大采集速
度为6m /s;探头传感器型号为RS-2A,中心频率为
150kHz;另外包括前置放大器㊁信号发生器㊁磁性夹具等设备㊂将试件打磨平整后连接探头传感器,连接处
涂上凡士林作为耦合剂,四探头分别安装在侧面四个
面,以建立空间三维声音定位系统,如图1所示㊂在进
行单轴抗压试验时声发射传感器会全程记录试件在
损伤过程中发出的声信号,形成波形文件㊂
在试验过程中,声发射技术能独立地验证和评估碳纳米管对水泥基材料力学性能的增强作用㊂水泥基材料试件在压缩全过程中的变形和损伤都能通过声发射收集的参数信号所反映出来㊂本试验采用声发射参数中的累积能量计数和振铃计数来评价试件在压缩过程中的结构损伤㊂累计能量计数指的是压缩过程中水泥基试件中的裂纹扩展和变形所释放的能量,能量计数在一定程度上反映了应力大小的变化㊂振铃计数指的是当事件撞击传感器时产生振铃,越过门槛信号的振荡次数反映了信号发生的幅度,从而能反映应变能的大小㊂DIC 监测采用新拓数字图像三维全场变形测量系统(XTDIC),设备布置及连接如图2所示,包括双相机配置(相机型号XTDIC-CONST-HR,分辨率为4096px ˑ3000px,相元大小为3.45μm,帧率为30fps)以及补光设备㊁横梁㊁标定板㊁控制箱等硬件设备㊂在试验测量前,需要在样品表面制作出大小均匀的散斑,此外,应调整试件位置使其完整进入摄像机可视范围内,在单轴抗压试验开始的同时开启DIC 系统图像采集功能,直至试件加载结束㊂最后在DIC 测量系统中处理采集到的原始图像(应尽可能在试件表面选取较大范围的网格区域),分析并导出试件加载全过程的应变场
㊂
图2㊀DIC 设备布置及连接
Fig.2㊀DIC equipment layout and connection 2㊀结果与讨论2.1㊀单轴抗压试验2.1.1㊀单轴抗压试验结果图3为不同CNTs 掺量水泥基材料试件的抗压强度㊂由图3可知,加入一定量CNTs 能显著提高水泥基材料的抗压强度,在CNTs 掺量为0%~0.6%时,试件的抗压强度随着CNTs 的掺量增加而增大,在CNTs 掺量为0.6%时,试样7和28d 抗压强度分别达到41.2和52.9MPa,相较于对照组A0组(36.1㊁42.8MPa)分
第12期雷龙坚等:基于声发射和DIC 的碳纳米管水泥基材料抗压力学性能研究4237
㊀图3㊀不同CNTs 掺量的水泥基材料的抗压强度Fig.3㊀Compressive strength of cement-based materials with different CNTs content 别提升了14.1%和23.6%㊂在CNTs 掺量超过0.6%
后,试件的抗压强度随CNTs 掺量的增加而减小,当CNTs 掺量为0.8%时(A6组),试件的7和28d 抗压强度分别为38.5和47.3MPa,较CNTs 掺量为0.6%
时(A5组)分别降低了6.6%和10.6%,但与对照组相比仍有一定的提升㊂2.1.2㊀试件破坏形态在加载初期,试件处于弹性压缩阶段,随着应力增
加,试件内部原有孔隙不断闭合,此时试件表面无明显
裂纹产生㊂当应力增加至接近峰值应力时,试件表面
出现较多裂纹,内部能量不断积累;到达峰值应力时,
试件瞬间破坏,表现为脆性破坏;试件表面裂纹主要沿
轴向扩展,试件整体呈X 状共轭斜面剪切破坏;到达
峰值应力后,试件表面不断有碎块脱落,裂纹继续扩展,但不再产生新裂纹㊂随着变形增大,试件逐步失去承
载能力直至完全破坏㊂部分试件破坏形态如图4所示
㊂图4㊀试件破坏形态
Fig.4㊀Failure pattern of specimen 2.1.3㊀微观结构图5为掺加0%㊁0.6%㊁0.8%CNTs 时试件的SEM 照片㊂从图中可以看到CNTs 掺量为0%的试件内部存在许多孔隙,内部结构缺陷较大㊂掺入适量CNTs 后,可以明显看到CNTs 对试件中的孔隙具有填充㊁连结等桥联作用㊂一方面,当CNTs 掺量为0.6%时,试件中原有孔隙被CNTs 有效填充,结构内部变得更加密实;另一方面,由于碳纳米管的空间状态为纤维状,在试件压缩过程中起到桥联作用,可以延缓试件在初始压缩过程中裂纹的产生和开展,从而有效提升试件的抗压性能㊂当CNTs 掺量达到0.8%时,桥联效果降低,试件仍存在部分孔隙,这是因为CNTs 掺量过多,在水泥基中的分散性降低,局部发生团聚现象,对孔隙的桥联效果减弱
㊂
图5㊀不同CNTs 掺量的水泥基材料的SEM 照片
Fig.5㊀SEM images of cement-based materials with different CNTs content
4238㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷2.2㊀AE技术监测
图6和图7为A0组和A5组试件的应力大小和声发射参数(振铃计数和累计能量)随时间的变化曲线㊂试件在压缩过程中会经历初始压缩阶段(阶段Ⅰ)㊁弹性压缩阶段(阶段Ⅱ)㊁塑性变形阶段(阶段Ⅲ)和卸载阶段(阶段Ⅳ)四个阶段㊂在阶段Ⅰ初期,应力较小,此时AE振铃计数较小,能量信号较弱,随着应力不断增加,试件内部的原有孔隙不断闭合,试件逐渐变得相对密实,产生一定的AE信号㊂在阶段Ⅱ,应力持续上升,声发射活动也有所增加,这是AE信号不断积聚的一个阶段,振铃计数和累积能量参数相较于阶段Ⅰ以较小的幅度增加,这是因为此阶段增加的应力大小不足以导致试件产生更大损伤,试件内部发生的相对摩擦以及产生的微裂纹是引起AE信号增加的原因㊂在阶段Ⅲ,AE信号明显增加,振铃计数和累积能量值不断突增(AE信号的突增可作为CNTs水泥基材料破坏的预警信号),此阶段的试件内部会出现更多新的裂纹,变形不断增加,试件逐渐破坏㊂因此,阶段Ⅲ也被称为破坏阶段㊂在阶段Ⅳ中,AE信号趋于平稳,在此期间,随着应力逐渐减小,试件的已有裂纹延伸扩展,但不再产生新的裂纹,这导致AE振铃计数和能量值偶尔波动,但其值不超过阶段Ⅲ中的最大振铃计数和能量值㊂
结合阶段Ⅰ~阶段Ⅳ的AE信号特征可知,单轴压缩试验过程中可以通过AE振铃计数和能量到达峰值之前的剧增来预测试件的损伤和破坏,从而达到无损监测的目的㊂
此外,比较A0组和A5组试件应力和声发射振铃计数随时间的输出关系,发现试件抗压强度和声发射振铃计数呈负相关㊂A5组为抗压强度最大的试样组,其累计振铃计数只有2.16ˑ105次;而对照组A0组的累计振铃计数达到8.98ˑ105次㊂这是因为抗压强度越小的试件更容易引起微裂纹的产生和扩展,从而导致声发射信号更加活跃,累计振铃计数越大;A5组试件的累计振铃计数低于对照组A0组,说明适量CNTs 的掺入能使试块内部更加密实,抗压强度提高㊂
图6㊀单轴压缩试验中应力和振铃计数随时间的变化曲线
Fig.6㊀Curves of stress and ring count with time in uniaxial compressive test
图7㊀单轴压缩试验中应力和能量随时间的变化曲线
Fig.7㊀Curves of stress and energy with time in uniaxial compressive test
㊀第12期雷龙坚等:基于声发射和DIC的碳纳米管水泥基材料抗压力学性能研究4239 2.3㊀DIC特征监测
通过对单轴抗压试验下CNTs掺量为0%㊁0.6%㊁0.8%的试件进行DIC全过程实时监测,分析试件表面
变形的主应变云图,结果如图8所示㊂分别取抗压峰值强度20%㊁50%㊁80%㊁100%所对应时间的主应变云
图,来分析试件的变形规律和损伤模式㊂
图8㊀不同碳纳米管掺量的水泥基材料主应变云图
Fig.8㊀Principal strain nephograms of cement-based materials with different CNTs content 如图8(a)所示,CNTs掺量为0%的试件在应力加载至峰值强度20%左右时局部产生了较小的应变,主应变云图中相应出现压密区,此时试件处于压密阶段㊂当应力加载至峰值强度的20%~50%时,应变沿着原有区域逐渐向外扩展,此时试件内部原始裂缝不断闭合,结构孔隙被压密㊂应力加载至峰值强度80%左右时,图中出现明显应变变化,此时应变值约为0.404%,试件产生新的裂缝,随着应力增大试件裂缝数量逐渐增加㊂当应力加载至峰值强度100%时,试件中间主应变远大于两侧应变,裂缝沿轴向不断扩展,应变值约为0.700%㊂结合试件最后破坏形态(图4)可知,整个过程中试件的破坏模式为X状共轭斜面剪切破坏,伴随表面的竖向劈裂和局部膨胀破坏㊂
由图8(b)㊁(c)与图8(a)对比可知,CNTs掺量分别为0.6%和0.8%的试件在应力从峰值强度0%加载
至20%的过程中均无明显应变产生;与图8(a)相比,并结合中不同CNTs掺量试件的应力应变曲线(见
4240㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42
卷图9㊀不同CNTs 掺量的水泥基材料应力应变曲线Fig.9㊀Stress strain curves of cement-based materials with different CNTs content 图9)可知,强度低的试件会率先产生明显应变变化㊂
两组试件在应力加载至峰值强度20%~50%的压缩
阶段才出现明显应变变化区㊂当应力加载至峰值强
度的50%~80%时,随着应力增加,主应变区域沿着
原有区域扩展,相较于对照组(图8(a)),图8(c)中应
变有从左向右扩展的趋势,且伴随局部应变集中㊂分
析认为,产生应变集中是因为碳纳米管的结构为纤维
状,掺入过多的纤维会产生团聚现象,导致局部强度
会低于其他区域,试件强度降低㊂图8(b)中应变扩展
趋势为从左上向右下发展,应变扩散较为均匀㊂从具
体数值来说,CNTs 掺量为0.6%的A5组和0.8%的
A6组试件在整个压缩过程中的最大应变值分别为8.164%和13.200%,与CNTs 掺量为0%的对照组A0
组最大应变值2.923%相比可知,三组试件最大应变值的关系为A6>A5>A0㊂最大应变往往在试件峰值应
力出现之后,于局部应力集中区产生㊂
综上,结合图8㊁图9可知,CNTs 掺量为0.6%的试件变形性能最好,CNTs 掺量为0%的对照组试件变形性能最差,CNTs 掺量为0.8%的试件变形性能介于二者之间㊂可见CNTs 的掺入能够提高水泥基材料的抗压强度和变形性能,但掺量过多会产生团聚现象而导致试件强度下降,并影响变形性能㊂3㊀结㊀论
1)当CNTs 掺量为0%~1.0%时,试件抗压强度随CNTs 掺量增加呈先增大后减小的趋势,在掺量为0.6%时,抗压强度达到最大,说明加入CNTs 对水泥基材料的抗压强度具有提高作用,但过多的CNTs 掺入会引起团聚现象而降低试件抗压强度的提升效果㊂2)通过对比单轴抗压试验中试件的变形过程㊁AE 振铃计数和累计能量三者的变化,发现AE 振铃计数
和能量值在加载至第Ⅱ阶段(弹性压缩阶段)~第Ⅲ阶段(塑性变形阶段)时频繁地出现数值突增现象,能很好地作为试件破坏的预警信号,对声发射无损监测和评价碳纳米管水泥基材料损伤具有重要意义㊂
3)通过DIC 对试件单轴抗压全过程进行监测,分析试件主应变云图中应变的演化规律可知,掺加CNTs 的水泥基材料试件破坏模式为X 状共轭斜面剪切破坏,并伴随表面竖向劈裂和局部膨胀破坏㊂对CNTs 掺量分别为0%㊁0.6%和0.8%的试件表面变形主应变云图进行分析发现,峰值应力小的试件率先出现明显应变变化㊂CNTs 掺量为0.6%的试件变形性能最好,CNTs 掺量为0%的对照组试件变形性能最差,CNTs 掺量为0.8%的试件变形性能介于二者之间㊂同时,声发射监测结果表明,AE 累积振铃计数和试件抗压强度呈负相关,抗压强度越小则更容易产生裂纹,这与DIC 监测结果相对应㊂
4)AE 和DIC 特征监测能相互验证试件的抗压强度和变形性能,对碳纳米管水泥基材料的力学性能研
究有一定的借鉴意义㊂参
考文献[1]㊀黎恒杆,王玉林,罗㊀昊,等.多壁碳纳米管分散性对水泥基材料导电性能和电热特性的影响[J].硅酸盐通报,2020,39(11):3438-3443.LI H G,WANG Y L,LUO H,et al.Effect of dispersion of multi-walled carbon nanotubes on electrical and electrothermal properties of cement-based materials[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2020,39(11):3438-3443(in Chinese).
[2]㊀SILVESTRO L,GLEIZE P J P.Effect of carbon nanotubes on compressive,flexural and tensile strengths of Portland cement-based materials:a
systematic literature review[J].Construction and Building Materials,2020,264:120237.[3]㊀LIJIMA S.Helical microtubules of graphitic carbon[J].Nature,1991,354(6348):56-58.[4]㊀秦㊀煜,胡魏凯,王威娜,等.碳纳米管水泥基复合材料压阻效应研究进展[J].硅酸盐学报,2021,49(10):2298-2304.QIN Y,HU W K,WANG W N,et al.Research progress on piezoresistive effect of carbon nanotubes cement-based composites[J].Journal of the
㊀第12期雷龙坚等:基于声发射和DIC的碳纳米管水泥基材料抗压力学性能研究4241 Chinese Ceramic Society,2021,49(10):2298-2304(in Chinese).
[5]㊀胡魏凯.碳纳米管混凝土构件压阻效应的全过程机理研究[D].重庆:重庆交通大学,2023.
HU W K.A study on the whole process mechanism of the piezoresistive effect of carbon nanotube concrete members[D].Chongqing:Chongqing Jiaotong University,2023(in Chinese).
[6]㊀李相国,明㊀添,刘卓霖,等.碳纳米管水泥基复合材料耐久性及力学性能研究[J].硅酸盐通报,2018,37(5):1497-1502.
LI X G,MING T,LIU Z L,et al.Research on durability and mechanical properties of carbon nanotube cement matrix composites[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2018,37(5):1497-1502(in Chinese).
[7]㊀朱㊀平,邓广辉,邵旭东.碳纳米管在水泥基复合材料中的分散方法研究进展[J].材料导报,2018,32(1):149-158+166.
ZHU P,DENG G H,SHAO X D.Review on dispersion methods of carbon nanotubes in cement-based composites[J].Materials Review,2018, 32(1):149-158+166(in Chinese).
[8]㊀施㊀韬,李泽鑫,李闪闪.碳纳米管增强水泥基复合材料的自收缩及抗裂性能[J].复合材料学报,2019,36(6):1528-1535.
SHI T,LI Z X,LI S S.Autogenous shrinkage and crack resistance of carbon nanotubes reinforced cement based composites[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2019,36(6):1528-1535(in Chinese).
[9]㊀刘巧玲,孙㊀伟,孙㊀波,等.碳纳米管水性分散体的制备及其对水泥砂浆强度的影响[J].东南大学学报(自然科学版),2014,44
(3):662-667.
LIU Q L,SUN W,SUN B,et al Preparation of carbon nanotube water-based dispersion and its effect on the strength of cement mortar[J].
Journal of Southeast University(Natural Science Edition),2014,44(3):662-667(in Chinese).
[10]㊀MOUSAVI M,BAHARI A.Influence of functionalized MWCNT on microstructure and mechanical properties of cement paste[J].Sādhanā,
2019,44(5):1-13.
[11]㊀MOHSEN M O,TAHA R,ABU TAQA A,et al.Optimum carbon nanotubes content for improving flexural and compressive strength of cement
paste[J].Construction and Building Materials,2017,150:395-403.
[12]㊀HAMZAOUI R,BENNABI A,GUESSASMA S,et al.Optimal carbon nanotubes concentration incorporated in mortar and concrete[J].
Advanced Materials Research,2012,587:107-110.
[13]㊀CHAIPANICH A,RIANYOI R,NOCHAIYA T.The effect of carbon nanotubes and silica fume on compressive strength and flexural strength of
cement mortars[J].Materials Today:Proceedings,2017,4(5):6065-6071.
[14]㊀AHMED H,BOGAS J A,GUEDES M.Mechanical behavior and transport properties of cementitious composites reinforced with carbon nanotubes[J].
Journal of Materials in Civil Engineering,2018,30(10):04018257.
[15]㊀李伟娜,李㊀晔,李㊀晶,等.碳纳米管改性水泥基复合材料力学性能研究[J].混凝土,2022(8):97-101.
LI W N,LI Y,LI J,et al.Study on mechanical properties of cement-based composites modified by carbon nanotubes[J].Concrete,2022(8): 97-101(in Chinese).
[16]㊀TRAGAZIKIS I K,DASSIOS K G,EXARCHOS D A,et al.Acoustic emission investigation of the mechanical performance of carbon nanotube-
modified cement-based mortars[J].Construction and Building Materials,2016,122:518-524.
[17]㊀时金娜,赵燕茹,郝㊀松,等.基于DIC技术的高温后混凝土变形性能[J].建筑材料学报,2019,22(4):584-591.
SHI J N,ZHAO Y R,HAO S,et al.Deformation behavior of concrete under uniaxial compression after high temperature by DIC technology[J].
Journal of Building Materials,2019,22(4):584-591(in Chinese).
[18]㊀GENG J S,SUN Q,ZHANG Y C,et al.Studying the dynamic damage failure of concrete based on acoustic emission[J].Construction and
Building Materials,2017,149:9-16.
[19]㊀苏怀智,姚可夫,杨立夫,等.声发射测试方法及其用于水泥基材料劣化过程的评估[J].硅酸盐学报,2022,50(11):2971-2980.
SU H Z,YAO K F,YANG L F,et al.Acoustic emission testing method and its application in evaluating the degradation process of cement-based materials[J].Journal of Silicates,2022,50(11):2971-2980(in Chinese).
[20]㊀朱德滨.基于声发射技术的高韧性水泥基复合材料开裂损伤特性[J].武汉理工大学学报,2012,34(7):94-97+123.
ZHU D B.Crack damage characteristics of high toughness cement-based composite materials based on acoustic emission technology[J].Journal of Wuhan University of Technology,2012,34(7):94-97+123(in Chinese).
[21]㊀卜静武,徐慧颖,羌宇杰,等.橡胶混凝土轴拉破坏过程中声发射特性[J].建筑科学与工程学报,2022,39(2):78-86.
BU J W,XU H Y,QIANG Y J,et al.Acoustic emission characteristics of rubber concrete in axial tension process[J].Journal of Architecture and Civil Engineering,2022,39(2):78-86(in Chinese).
[22]㊀任会兰,杜一宁,宋水舟.基于DIC方法研究混凝土劈裂的变形和破坏[J].高压物理学报,2022,36(4):91-100.
REN H L,DU Y N,SONG S Z.Research on the deformation and failure of concrete splitting based on DIC method[J].Journal of High Pressure Physics,2022,36(4):91-100(in Chinese).
[23]㊀赵燕茹,张㊀杰,宋㊀博,等.基于DIC方法的高温后混凝土应变局部化研究[J].混凝土,2022(4):37-43.
ZHAO Y R,ZHANG J,SONG B,et al.Research on localization of concrete strain after high temperature based on DIC method[J].Concrete, 2022(4):37-43(in Chinese).。