纳米碳纤维混凝土力学性能的试验研究.pdf

第 8卷第 3期 2 0 1 1年 6月 铁道科学与工程学报 J OURNAL OF RAl L 1 ， AY SCI E NCE AND ENGI NEE RI NG Vo 1 8 NO 3 J u n e 2 0 1 l 纳米碳 纤维混凝土力学性能的试验研 究 高迪 ， 彭立敏 。 Y L M0 ( 1 中南大学 土木工程学院， 湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ； 2 C E E D e p t ， U n i v e r s i t y o f H o u s t o n ，H o u s t o n ， T e x a s 7 7 0 0 4 U S A) 摘要： 纳米碳纤维作为一种新型材料， 具有高强度， 高弹性模量等力学上的优异特性。通过单轴抗压试验和劈裂试验 ， 测 试了掺加 3种类型纳米碳纤维的普通混凝土和 自密实混凝土的基本力学性能， 并讨论其最优掺量。实验结果表明： 适-3掺 量且纤维分散良好的纳米碳纤维混凝土2 8 d 抗压强度和劈裂强度均有不同程度的提高， 表明纳米碳纤维对于混凝土材料 力学性能有很好的增强作用。 关键词： 纳米碳纤维； 混凝土； 抗压强度 ； 劈裂强度； 增强作用 中图分类号： T U 5 2 8 文献标志码： A 文章编号： 1 6 7 2 7 0 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 1 8 0 7 Ex p e r i me n t a l s t u d y o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c a r b o n n a n o f i b e r c o n c r e t e GAO Di ，P ENG L i mi n ，MO Yi 1 un g ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ，C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 ，C h i n a ； 2 D e p a r t me n t o f C i v i l E n v i r o n me n t a l E n g i n e e r ， U n i v e r s i t y o f Ho u s t o n， H o u s t o n ， T e x a s 7 7 0 0 4， U S A) Ab s t r a c t ： C o n c r e t e i S t h e mo s t wi d e l y u s e d c o n s t r u c t i o n ma t e r i a l ，a n d c a r b o n n a n ofi b e r h a s ma n y a d v a n t a g e s i n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s s u c h a s h i g h s t r e n g t h，h i g h Yo u ng S mo d ul us I n t h i s p a pe r ，t h e me c h a n i c a l p r o p e rti e s o f c o n c r e t e c o n t a i n i n g c ar b o n n a n o fi b e r( C N F )w e r e e x p e r i me n t al l y s t u d i e d b y c o n d u c t i n g u n i a x i al c o m p r e s s i o n t e s t a n d s p l i t t e n s i l e t e s t T h e t e s t r e s u l t s i n di c a t e t h a t t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t e ns i l e s t r e n g t h wh i l e l o a d i n g c o n c r e t e c o n t a i n i n g C NF s a r e g r e a t e r t h a n t h o s e o f p l a i n c o n c r e t e F i n a l l y ，a r e a s o n a b l e c o n c e n t r a t i o n o f C NF w a s o b t a i n e d f o r u s e i n c o n c r e t e w h i c h e n h a n c e s i t s me c h a n i c a l p r o p e r t i e s Ke y wo r d s ： c a r b o n n a n of i b e r ；c o n c r e t e ；c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ；s p l i t t e n s i l e s t r e n gth；e n h a n c e me n t 传统的混凝土增强方法是使用宏观尺寸纤维 ( 钢筋 ， 钢纤维等) ， 微观尺寸纤维( 碳纤维等) 通过 控制裂缝和桥接、 传递裂缝、 空洞间的荷载来分别 改善混凝土的宏观及微观结构 。 近年来 ， 混凝土的纳米科学和纳米工程得到了 广泛的发展。由于纳米材料的特异效应 ， 掺加纳米 材 料 的混 凝 土 复 合 物性 能 明显 优 于普 通 混 凝 土 。其中纳米碳纤 维( C N F ) 在混凝 土材料 中 的应用 日益受 到重视。纳 米碳纤维是 直径 5 0 2 0 0 n m， 长径 比 1 0 01 0 0 0的新型碳材料 ， 除了具 有普通碳纤维低密度、 高比模量、 高比强度、 高导 电、 热稳定性等特性外， 还具有缺陷数量非常少、 长 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 3一o 4 基金项目 ： 美 国国家科学基金资助项 目( N S F 0 6 3 4 2 7 9 ； N S F 0 6 4 9 1 6 3 ) 作者简介： 高迪( 1 9 7 9 一) ， 男， 天津人， 博士， 从事纳米混凝土研究 径 比大 、 比表面积大 、 结构致密等优点 j 。 理论研 究 认为 ， C N F的加入使裂缝 的初 生 需要更大的外力 ， 所以可以延缓其形成 ， 由此增强 水泥基材料的抗拉性能 。适当的 C N F配合硅厌可 以桥接水泥基内部的纳米级裂缝并填补空洞而使 水泥水化产物问获得更好的联结 ， 由此显著提高水 泥基材料的弯曲强度 J 。分散 良好的 C N F可以加 速水泥的水化过程， 提高水泥 3 7 d龄期的抗压 及弯 曲强度 ， 提高 2 8 d龄期 的弯曲强度 2 5 以 上 。H u g h e s 指 出， 将 C N F混入低碳火 山厌 中 作为无宏观缺陷 ( M D F ) 水泥 的添加材料 ， 可使 其 抗压强度提高3 3 4 。研究表明 j ， 羧酸基高效减 第 3期 高迪： 纳米碳纤维混凝土力学性能的试验研究 1 9 水剂可以促进 C N F在溶液中的分解并使其得到很 好 的分散 ， 当加人 占水 泥质量 0 2 的 C N F时， 水 泥的劈裂强度可以提高 2 2 ， 再配合硅灰则可达 到 2 6 。也有 研 究显 示 ， 经过 硝 酸表 面处 理 的 C N F 与硅灰 H 在丙酮 中预分散 ， 可改善 C N F 与水泥基材料界面问的相互联结 ， 使复合物具有一 定的残余承载能力。 本文 以美 国国家科学基金项 目( N S F项 目编 号： 0 6 3 4 2 7 9 ； 0 6 4 9 1 6 3 ) 为依托， 于 2 0 0 8年在休斯 顿大学 T h o m a s T C Hs u结构研究 实验室对纳米 碳纤维普通混凝土 ( C N F C ) 和纳米碳纤维 自密实 混凝土( C N F S C C ) 的基 本力学性 能进 行 了试验研 究。结果显示 ， 具有适 当掺 量且分散 良好 的 C N F 可以提高混凝土的抗压强度和劈裂强度， 表明 C N F对于混凝土材料有很好的增强作用。 1 试验 1 1 试验材料和配合比 1 1 1 纳米碳纤维( C N F ) 试验使用 P y r o g r a f P r o d u c t s 公司 的 3种型 号纳米碳纤维产品。分别是 P R一 1 9 一 X T P S ， P R 一 1 9一X T P SO X和 P R一1 9一X TL H TO X。 产品特性如表 1 。 表 1 纳米碳纤维产 品特性 Ta b l e 1 C a r b o n n a n o fi b e r p r o p e r t i e s 】 1 1 2混 凝 土外加 剂 高效减水 剂 ( H R WR) 使 用 B A S F C h e m i c a l 公 司的聚羧酸盐高效早强外加剂 G l e n i u m 3 2 0 0 H E S ， 可降低混凝土的粘稠度并有助于纳米碳纤维的分 散 。 F L U K A出品的十二烷基硫酸钠 ( S D S ， 两性分 子洗涤剂) 被用作 为帮助 纳米碳纤维分散的 表面 活性剂， 可削弱纳米碳纤维表面的憎水性， 有利于 其在水中的分散。 消泡剂采用 D o w C o mi n g 公司的 A n t i f o a m 2 2 1 0 ( A F ， 硅酮乙二醇乳液 ) ， 以减少表面活性剂与水搅 拌时产生的气泡。 1 1 3混凝 土材料 实验采用 T X I 公司的低碱波特兰水泥 rr y p e I I I 。粗骨料使用辉绿岩碎石， 其粒径在 5 2 0 m m 之间。细骨料为细度模数 2 7 1 的普通河砂。水使 用普通 自来水。 1 1 4配合 比 试验测试了 1 9种不同配方 的混凝土 ， 配合 比 如表2所示。其中， c代表不含 C N F的素混凝土； C N F C 0 1 6 、 C N F C 0 3 1 、 C N F C 0 7 8和 C N F C 1 5 5表示掺 加 P R一1 9一X TP S型 C N F的普通混凝土， 且 C N F对应水泥的体积掺量分别为 0 1 6 ， 0 3 1 ， 0 7 8 和 1 5 5 ； S C C代表不含 C N F的自密实素 混凝土； C N F S C C 0 2 5一 S 、 C N F S C C 0 5一 S 、 C N F S C C 1 0 一 S和 C N F S C C 1 5一S代表掺加 P R一1 9一X TP S 型 C N F ， 并在 制备过程 中使用 了表面活性 剂 S D S 帮助纤维分散的自密实混凝土， 且 C N F对应水泥 的体积掺量分别为 0 2 5 ， 0 5 ， 1 0 和 1 5 ； CN F S C C1 0一P O、 C NF S C C1 5一P O、 CNF S CC 2 0一P O 和 C N F S C C 2 5 一 P O代表掺加 P R一1 9一 X TP S O X型 C N F的自密实混凝土 ， C N F对应水泥的体积 掺量分 别为 1 0 ， 1 5 ， 2 O 和 2 5 ； C N F S CC0 7 一 LO，CNF S GCI O LO，CNFS CC1 5 一 L O ， C N F S C C 2 0一L O和 C N c C 2 5一L O代 表掺加 P R 一 1 9一X TL H TO X型 C N F的 自密实混凝 土 ， C N F 对应水泥的体积掺量分别为 0 7 ， 1 O ， 1 5 ， 2 O 和 2 5 。 1 2 试件的制备 制备试件时， 在 C N F C配方中， 先将水、 高效减 水剂与 C N F置于最大速度为2 4 0 0 0 r p m的搅拌器 中， 高速搅拌 3 m i n得到7 L H R WR C N F悬浊液； 在 自密实混凝土 C N F S C CP O和 C N F S C CL O配 方中， 同时加入高效减水剂和适量消泡剂， 得到 H R WR A F C N F悬浊液； 在 自密实混凝土 C N F S C C s配方中， 同时加入表面活性剂、 高效减水剂和 适 量 消泡 剂 ， 得 到7 J L H R WI L S D S A F C N F悬 浊 液。把粗、 细骨料和水泥混入离心搅拌机中搅拌 3 m in 拌和均匀后， 缓缓倒人配制好的才 ( H R wR C N F或z K H R WR A F C N F或水 HR wR S D s A F 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 1 1 年 6月 C N F悬浊液 ， 再搅 拌 5 m i n直至获得 良好 的和易 性 。在对 C和 C N F C进行塌落度 、 C N F S C C进行塌 落扩展度 ( S F ) 和表观稳 定指标 ( V S I ) 测 试合 格 后 B ， 将混凝土灌注到模具 中， 并对 C和 C N F C试 件进行振捣 ， 然后放进养护室 中。2 4 h后拆 模并 将试件放入水中养护以备试验。 表2 混凝土试件配合比 Ta bl e 2 Mi x p r o p o r t i o n s 试验使用 2种不同尺寸 的圆柱形试件。直径 1 0 c m， 高 2 0 c m的试件用于劈裂试验 ， 直径 1 5 c m， 高 3 0 c m的试件用于单轴抗压试验。 1 3 试验方法 单轴抗压试 验依 据美 国材料与试验协会 ( A S T M) 标 准 C 3 9 M 一0 5 ， 使用 最 大加 载能 力 为 2 0 0 0 k N的 T i n i u s O l s e n万能材料试验机进行， 测 试了表 2中所 有混凝土试件 。加载初期采用荷载 控制 ， 加载速率为 1 5 0 0 N s ， 当加载至试件极限承 载能力的大约 6 0 一 7 0 时切换为位移控制， 加 载速率为 0 0 8 m m mi n ， 直至破坏 。在试件上装有 带数字式应变计的压缩计以读取试验过程中的应 变值 。试验装置如图 1 所示。 劈裂试验依据美国材料与试验协会 ( A S T M) 标 准 C 4 9 6 C 4 9 6 M 一0 4 ， 使 用 最 大 加 载 能 力 为 2 0 0 0 k N的 T i n i u s O l s e n万能材料试验机进行 ， 测 试 了 C， C N F C 0 1 6 ， C N F C 0 3 1 ， C N F C 0 7 8 ， C N F C 1 5 5 ， S CC， CNF S CC 07 一LO， CNF S CC1 0 一LO， CNFS CC1 5 一 L O， C N F S C C 2 0一L O和 C N F S C C 2 5一L O共 1 1组 试件。加载采用荷载控 制， 加载速率 为 2 5 0 N s ， 直至破坏。试验装置如图 2所示 。 图1 单轴抗压试验装置图 F i g 1 S e t u p o f u n i a x i a l c o mp r e s s i o n t e s t 图2 劈裂试验装置图 F i g 2 S e t u p of s p l i t t e n s i l e t e s t 第 3期 高迪： 纳米碳纤维混凝土力学性能的试验研究 2 l 2 试验结果与讨论 2 1 单轴抗压试验 2 1 1 试验 结果 图 3为 不 同掺量 的普 通纳 米碳 纤维 混凝 土 C N F C和纳米碳纤 维 自密实混凝 土 C N F S C C试件 的应力 一应变关系。 各种纳米碳纤维混凝土试件 的抗压极限强度 和峰值应变如表 3表 6所示。 表 3 C C N F C的抗压极限强度和峰值应变 Ta b l e 3 Co mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d p e a k s t r a i n o f C & C NF C 表 4 S C CC N F S C CS的抗压极限强度和峰值应变 Ta b l e 4 C o mp r e s s i v e s t r e n gth a n d p e a k s t r a i n o f S CC C NF S CCS 表 5 S C CC N F S C CP O的抗压极限强度和峰值应变 Ta b l e 5 C o mp r e s s i v e s t r e n gth a n d p e a k s t r a i n o f S CC C NF S CCP O 表 6 S C CC N F S C CL O的抗压极限强度和峰值应变 T a b l e 6 C o mp r e s s i v e s t r e n gth a n d p e ak s t r ain of SCC & CNFS CC L0 l 1 9 蓍 5 3 l 譬 R 窘 8 6 4 2 0 9 7 9 7 5 3 l 0 0 o O O Q 5 o O 01 o 0 o I 5 o 0 o 2 0 O O 2 5 应变 C * 一 CNf 0l 6 一 CNF 00 31 奋一 H7 8 一 CNF C1 5 5 一 S C C 口 一 C NF S 1 0 Cl 0 一 S 6一CNf S C Cl 5 一 S 0 0 O o 0 5 0o 0l 0o0 l 5 Ooo 2 0oo 2 5 应变 0 5E D 4 0 O 0l O 0 0 2O0 0 2 0 o 0 3 00 03 应 变 S CC CNFS C Cl OI P o CNFS C Cl 5 - PO CNFS C C2 O PO CNF SC C2 5 0 S CC - B _CNF S CC0 7 一 L 0 士CNF S CC1 0 一 L o CNFS CC1 5 一I D CNF SC C2 0一 L o - 9_ CNF SC C2 5 一 I D 0 O o o O 5 O o 0l O 0 0l 5 O 0 0 2 Oo0 2 5 0 0 03 应变 ( a ) C C N F C的抗压强度 ；( b ) C N F S C CS的抗压强度 ； ( C ) C N F S C CP O的抗压强度 ；( d ) C N F S C C P O的抗压强度 图 3 不 同掺量 的 C N F C和 C N F S C C试件应力 一应 变曲线 F i g 3 S t r e s s v e r s u s s t r a i n f o r C NF C a n d C NF S C C s p e c i me n s wi t h v a r y i n g c o n c e n t r a t i o n s of CN F s 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 1 1 年 6月 2 1 2分析与讨论 表 3表 6列出了 1 9个不 同配方纳米碳纤维 混凝土的抗压强度和峰值应变 以及抗压强度增强 的对比。试验结果表明 ： ( 1 ) 对于使用 P R一1 9一X TP S型纤维 的普 通纳米碳纤维混凝土 C N F C， 每一组不同掺量的试 件的最大平均抗压强度厂 由大到小依次为厂 哪 厂c N F 0 0 3 l厂c厂c N 唧7 8厂c N F c 1 5 5 。当纳米碳纤 维的体积掺量为 0 1 6 时 ， 最 大抗压强度相 比普 通混凝土提高了 1 6 2 。随着纳米碳纤维掺量的 增加， 混凝土的强度随之降低， 当过多的纤维加入 后 ， 由于不能良好 地分散 ， 大 团纤维在混凝土 内部 形成薄弱区， 造成混凝土强度下降， 甚至弱于没有 掺加纳米碳纤维的素混凝土。 ( 2 ) 对于使用 P R一1 9一 X TP S型纤维并采 用表面活性剂 S D S进行分散的纳米碳纤维 自密实 混凝土 C N F S C CS ， 每组不 同掺量的试件 的最大 抗压强度由大到小依次为厂 嘶一 厂 ， c N F s c 伪 一 s厂c N F S c c 1 o s厂c N F s c c l 5 一 s 。 说 明在这种 情况下， 其体积掺量的阀值在 0 5 左右。然而， 由于 S D S的加入而在分散和搅拌过程中产生的大 量气泡严重影响混凝土的强度 。混凝土的强度并 没有随纳米碳纤维的掺量提高而递减 ， 说明分散较 好的纤维增强效果与 S D S的削弱作用存在着一个 动态平衡 ， 当前者大于后者时 ， ? 昆凝土的抗压强度 仍然会有所提高。 ( 3 ) 对于使用 P R一1 9一X TP SO X型纤维 并采用高效减水剂进行分散的纳米碳纤维 自密实 混凝土 C N F S C C P O ， 每组不同掺量的试件的最大 抗压强度由大到小依次为厂 一 P o厂 飓 I P o fc N F s c c 2 s P o厂c N 1 0 一 P 0厂s C c 。当纳米碳纤维 的体积掺量为2 0 时， 其最大抗压强度相比普通 自 密实混凝土提高了2 4 4 ， 体积掺量小于2 0 时， 抗压强度随掺量增加而增加； 大于 2 0 时， 强 度下降。表示在这种情况下， 其体积掺量的阀值应 该在 2 0 左右。 ( 4 ) 对于使用 P R一 1 9一X TL H T O X型纤 维并采用高效减水剂进行分散的纳米碳纤维 自密 实混凝土 C N F S C CL O， 每组不同掺量的试件的最 大抗 压 强 度 厂 由 大 到 小 依 次 为 厂 。 。 厂c N F s c c l 5 _ I _o 厂s c c 厂c c c o 7 一 【 0 厂(： ( ： c 2 5 圳 厂 I L o 。当纳米碳纤维的体积掺量为 1 O 时 ， 最 大 抗 压 强度 相 比普通 自密 实 混 凝 土提 高 了 2 1 4 。表示在这种情况下， 其体积掺量的阀值应 该在 1 O 左右。图 3( c ) 和图 3 ( d ) 也显示掺加 P Rl 9一X TP SOX型 和 P R一1 9一X TL HT O X型纳米碳纤维的 自密实混凝 土试件的延性 高于普通 自密实混凝土和掺加 P R一1 9一X TP S 型纳米碳纤维的自密实混凝土。 图 4为 C N F C和 C N F S C C所有试件抗压强度 与纤维体积掺量关 系示意。图中拟合曲线 表达式 为 ： 厂 =A 一B +C VD ( 1 ) 式中： 为试件 2 8 d抗压强度 ； V 为纳米碳纤维体 积掺量； A， 日， C， D为 常数 ， 可由试验确定 。 可见纳米碳纤维体积掺量的三次多项式能较 好描述其与混凝土抗压强度之间的关系。 -C NH C C E S CC 5 C NF S CC P O C Nf 鞫C C L D 一 拟合曲线 ( C NF _C) 一一 拟合曲线 CN F S CC S) -拟合曲线 (C Nl CC p 0) 一 拟合曲线 ( CN FS CC H) 图 4 C N F C和 C N F S C C试件 纳米碳 纤维体积掺量与抗 压 强度 关 系 F i g 4 Vo l u me f r a c t i o n o f C NF v e r s H s c o mp r e s s i v e s t r e n g t h i n C NF C & C NF S C C s p e c i me n s 以上分析表明 ， 纳米碳纤维在混凝土 中良好的 分散可以提高混凝 土的强度和刚度。掺量太少起 不到增强效果 ， 但过多的纤维会导致分散不 良并在 混凝土内部纠结成团而削弱强度。不 同型号和特 性的纳米碳纤维在混凝土 中的最优掺量不尽相同。 对于抗压强度来说 ， P R一1 9一X TP S型纤维在普 通混凝土中的体积掺量阀值小于 0 1 6 ， 在 自密 实混凝土中大约为 0 5 左右。P R一1 9一X TP S 第 3期 高迪 ： 纳米碳纤维混凝土力学性能的试验研究 2 3 一 O X型和 P R一1 9一X TL H TO X纤维 在 自密 实混凝土中的体积掺量阀值大约分别为 2 0 和 1 0 左右 。 2 2劈裂试验 2 2 1 试 验 结果 1 1组试 件的平均劈裂强度 ， 如表 7和表 8所 示 。 表 7 C C N F C平均劈裂强度 T a b l e 7 A v e r a g e s p l i t t e n s i l e s t r e n g t h o f C C NF C 表 8 S C C C N F S C C平均劈裂强度 Ta b l e 8 Av e r a g e s p l i t t e n s i l e s t r e n g t h o f S C C & C NF S CC 劈裂强度 MP a 3 8 4 3 7 5 增强率 0 2 3 4 3 7 7 4 1 1 4 O 3 3 9 1 1 8 2 7 0 3 4 9 5 1 8 2 2 2 2分析 与讨 论 由表 7与表 8可以看 出， 对 于掺加 了 P R一1 9 一 X T P S 型纤维的普通纳米碳纤维混凝土， 其劈 裂强 度较 没有掺 加纤 维 的混 凝土 有所 提高， C N F C 0 7 8 试件即纤维体积掺量为0 7 8 时的平均 劈裂强度提高最大， 达到 5 8 3 ， 此后随着掺量的 增加 ， 强度降低。这主要是 由于过量的纳米碳纤维 在混凝土中难以均匀分散造成 的。对于掺加了 P R 一 1 9一X TL HTO X型纤维 的纳米碳纤维 自密 实混凝土 ， 总的来说其劈裂强度较没有掺加纤维的 自密实混凝土有一定 的提高 ， 但结果也显示纤维掺 量太小时对混凝土起不到增强作用 ， 反而会产生不 良影响。C N F S C C 1 5一L O试 件即纤维体积掺量 为 1 5 时的平均劈裂强度提高最大， 达到 7 0 3 ， 此后随着掺量的增加， 强度逐渐降低。图5 所示为 2种类型纳米碳 纤维混凝 土劈裂强度与纤维体积 掺量的关系。纳米碳纤维体积掺量 的三次多项式 也能较好地描述其与混凝土劈裂强度之间的关系。 以上分析表明， 适当掺量分散良好的纳米碳纤 维在混凝土中可以提高其劈裂强度。在普通混凝 土中， P R一 1 9一 X T P S型纤维的体积掺量阀值大 约在 0 7 8 左 右。对 于 自密 实混凝土 的劈裂强 度 ， P R一1 9一X TL H TO X型纤维的体积掺量阀 值大约在 1 5 左右。但是在拉压综合作用下， 纳 米碳纤维对混凝土的增强效果有限。 图 5 C N F C&C N F S C C L O试件 纳米碳纤维体积掺 量 与劈裂强度关系 r i g 5 Vo l u me f r a c t i o n of CN F v e r s u s s p l i t t e n s i l e s t r e n g t h i n CN F C & CN F S C C L O s p e c i me ns 3 结论 ( 1 ) 对于普通混凝土， 纳米碳纤维在其中的分 散比较困难 ， 过大的掺量会导致混凝土 内部缺陷增 多， 强度下降。使用 P R一 1 9一 X T P S型纳米碳纤 维在一个小体积掺量， 大约为 0 1 6 时， 可以增强 混凝土抗压强度4 0 以上。体积掺量为0 7 8 左 右时， 劈裂强度提高 5 8 3 ； ( 2 ) 对于 自密实混凝土， 纳米碳纤维在其 中的 分散相对容易 ， 其增强效果 的体积掺量 阀值 也更 高 ； ( 3 ) 对 于掺加 P R一1 9一X TP S型纳米碳 纤 维并 配合表面 活性剂 S D S分散 的 自密实混凝 土， 其抗压强度和延性增强的体积掺量阀值大约为 0 5 ， 平均最大抗压强度提高 1 3 5 ； ( 4 ) 对于使用 P R一 1 9一 X T P S O X型纳米 碳纤维并配合高效减水剂分散的自密实混凝土， 其 抗压强度增强的体积掺量阀值大约为 2 O ， 平均 最大抗压强度提高2 4 4 ， 延性也有所提高； ( 5 ) 对于使用 P R一 1 9一 X TL H T O X型纳 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 1 1年6月 米碳纤维并配合高效减水剂分散的自密实混凝土， 其抗压强度和延性增强的体积掺量阀值大约为 1 O ， 这时平均最大抗压强度可提 高 2 1 4 ， 当 纤维体积掺量为 1 5 时， 混凝土的平均劈裂强度 可以提高 7 O 3 。 综上所述 ， 具有适 当掺量且分散 良好 的 C N F 可以提高混凝土的抗压性能和劈裂性能， 对于混凝 土材料有很好 的增强作用。 参考文献 ： 1 G a r boc z i E J C o n c r e t e n a n o s c i e n c e a n d n a n o t e c h n o l o g y ： D e fi n i t i o n s a n d a p p l i c a t i o n s N a n o t e c h n o l o g y i n c o n s t r u c t i o n c P r o c e e d i n g s o f t h e N I C O M3( 3 r d i n t e rna t i o n a l s y mp o s i u m o n n a n o t e c h n o o g y i n c o n s t r u c t i o n ) P r a g u e ： C z e c h R e p u b l i c 2 0 0 9： 8 18 8 2 V i k a s K h a n n a l ， B h a v i k R B a k s h i ， L J a m e s L e e C a r b o n n a n o fi b e r p r o d u c t i o n l i f e c y c l e e n e r g y c o n s u mp t i o n a n d e n v i r o n m e n t a l i m p a c t J J o u r n a l o f I n d u s t ri M E c o l o gy， 2 0 0 8 ， 1 1 2 ( 3 ) ： 3 9 4 4 1 0 3 M e t a x a Z S ， K o n s t a G d o u t o s M a r i a S ， S h a h S u r e n d r a P C a r b o n n a n o f i b e r r e i n f o r c e d c e me n t b a s e d ma t e rials J T r a n s p o r t a t i o n R e s e arc h B o a r d ， 2 0 1 0 ( 2 1 4 2 ) ： 1 1 4一 ll 8 4 S a n c h e z F， I n c e C Mi c r o s t rnc t u r e a n d m a c r o s c o p i c p r o p e rt i e s o f h y b ri d c arbo n n an o fi b e r s s i l i c a f u me c e me n t c o m p o s i t e s J C o m p o s i t e s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ， 6 9 ( 7 8 ) ： 1 3 1 01 3 1 8 5 A g u l l o J V， C h o z a s L i g e r o V， P o r t i l l o R i c o D， e t a1M o r t a r a n d c o n c r e t e r e i nfo r c e d w i t h n ano m a t e ri a l s J N a n o t e c h n o l o gy i n Co n s t ruc t i o n 3， 2 0 0 9， P a r t 3 ： 3 8 33 8 8 6 Me t a x a Z S ， K o n s t a C d o u t o s M a ri a S ， S h a h S u r e n d r a P C a r b o n n a n o fi b e r r e i n f o r c e d c e me n t b a s e d ma t e r i als J T r a n s por t a t i o n R e s e arc h B o a r d ， 2 0 1 0 ( 2 1 4 2 ) ： 1 1 4一 ll 8 7 A gul l o J V， C h o z a s L i g e r o V， P o r t i l l o R i c o D， e t a 1 Mo r t a r a n d c o n c r e t e r e i nfo r c e d w i t h n a n o m a t e r i a l s J N a n o t e c h n o l o g y i n C o n s t ruc t i o n 3， 2 0 0 9， P a r t 3： 3 8 33 8 8 8 H u g h e s T F l y a s h e n h a n c e d c a r b o n n a n o fi b e r r e i n f o r c e d h i g h s t r e n g t h c e m e n t R O h i o A i r Q u a l i t y V e r s F i n al Re p o rt De c 2 0 0 4 Oh i o Co a l De v e l o p me nt Of fic e 5 S e p t ， 2 0 0 8， h t t p： WW W o h i o a i r q u a l i t y o r g o c d o p d f 2 0 0 4d一9 91 4 p d f 9 G a y C， S a n c h e s F P e rf o r m a n c e o f c arb o n n a n o fi b e r c e m e n t c o mp o s i t e s w i t h h i g hr a n g e w a t e r r e d u c e r J T r a n s p o rt a t i o n R e s e a r c h B o a r d ， 2 0 1 0 ( 2 1 4 2 ) ： 1 0 91 1 3 1 0 S a n c h e z F ， Z h a n g L ， I n c e C Mu l t i s c ale p e r f o rma n c e a n d d u r a b i l i t y o f c a r b o n n a n o fi b e r c e me n t c o mp o s i t e s c N a n o t e c h n o l o g y i n c o n s t ruc t