用于预制U型排水管的CNT增强GGBS/粉煤灰混凝土的性能

《Scientific Reports》：Performance of CNT-enhanced GGBS/fly ash concrete for precast U-drain applications

　　

摘要

本研究探讨了添加磨细高炉矿渣、粉煤灰和碳纳米管后M40级混凝土的力学性能与耐久性。其目的是解决传统混凝土过度依赖水泥所带来的环境与性能问题。研究共检测了四种混凝土混合物：普通M40混凝土作为对照，添加40%高炉矿渣的M40混凝土，添加30%粉煤灰的M40混凝土，以及添加0.01–0.15%碳纳米管的M40混凝土。在3天、7天和28天时分别测试了这些混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和弯曲强度等力学性能，同时还进行了快速氯离子渗透试验和透水率试验等耐久性测试。结果表明，当碳纳米管浓度为0.03–0.05%时，能显著提升混凝土的性能：抗压强度提高56%，抗拉强度提高20%，弯曲强度提高39%。耐久性也有所改善，透水率降低100%，氯离子渗透率降低34.56%。通过扫描电镜进行的微观结构分析显示，在适宜的碳纳米管添加量下，混凝土基体更加致密，水化产物分布更均匀。XRD分析则证实碳-硅-氢键的形成得到了增强，但过高的碳纳米管添加量会导致其聚集，从而降低作用效率。经高炉矿渣改性的混凝土性能优于粉煤灰改性的混凝土，而碳纳米管改性的混凝土表现最为出色。这些研究结果表明，碳纳米管改性的混凝土特别适用于预制U型排水系统，因为其早期强度更高、开裂程度更低，且抗氯离子侵蚀的能力更强，这些优势都能提升排水设施的使用寿命与性能。这类混凝土具有用于高性能、可持续建筑领域的巨大潜力。