Graphenoxid zur Verbesserung des Kaltverfestigungsverhaltens von SHCC
Eine mit Graphenoxid (GO) beschichtete Polyethylen (PE)-Faser (GO/PE-Faser) wurde hergestellt, indem PE-Fasern in wässriger GO-Lösung bei einer bestimmten Temperatur gemischt werden.
Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Schrumpfung von GO bei einer höheren Temperatur aufgrund des unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhaltens die Bildung einer 3D-Hülle um die Oberfläche der PE-Faser erleichtert. Dies würde die Oberflächenbenetzbarkeit, die Rauheit und die chemische Reaktivität der PE-Faser erhöhen, wodurch die physikalische und chemische Wechselwirkung zwischen GO/PE-Faser und Zementhydraten wesentlich erleichtert wird.
Im Vergleich zu den kontrolliert spannungsaushärtenden zementären Verbundwerkstoffen (SHCC) mit reinen PE-Fasern (2,0 Vol%) kann die Verwendung von GO/PE-Fasern die Zugfestigkeit und Dehnungsfähigkeit von SHCC um 46,3% und 70,4% verbessern, ohne die Druckfestigkeit zu beeinträchtigen, und die durchschnittliche Rissöffnungsweite kann von 138 μm auf 58 μm reduziert werden.
Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von SHCC
Die bemerkenswerte Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von SHCC ist auf die verstärkte PE-Faser/Matrix-Bindung durch Zugabe von GO zurückzuführen, was durch die Ergebnisse des ausgerichteten Einzelfaser-Ausziehversuchs, der den Anstieg der Grenzflächenreibung von 2,33 MPa auf 3,99 MPa zeigt, weiter bestätigt wird. Schließlich wurde ein mikromechanisches Modell angenommen, um den Mechanismus hinter der Verbesserung des Kaltverfestigungsverhaltens zu erklären.
Zusammenfassend liefern die Forschungsergebnisse eine effektive Strategie zur Funktionalisierung der Oberflächeneigenschaften von PE-Fasern durch GO-Beschichtung und zur Erzielung einer stärkeren Bindung an der Faser/Matrix-Grenzfläche, was zur Entwicklung eines neuartigen hochfesten SHCC mit einer Zugverformungskapazität von bis zu 6% führt.
Die Studie wurde in Cement and Concrete Research, Volume 126 veröffentlicht.
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