利用工业副产品制造具有增强可持续性的纤维素纳米复合水泥建材

近年来，混凝土结构的耐久性已成为研究的热点。 人们已经探索了各种方法来提高混凝土的耐久性，包括使用辅助水泥材料（SCM）、纤维和纳米材料。 工业废料既可以用作单晶材料，也可以用作纳米材料，有可能部分替代水泥。

粉煤灰 (FA)，硅灰 (SF)、磨细粒化高炉矿渣 (GGBS)、偏高岭土 (MK)已被研究作为水泥替代的微型 SCM。 此外，纳米二氧化硅（NS）、纳米粘土（NC）、碳纳米管（CNT）、纳米纤维素（NCL）和纳米钛最近作为混凝土和水泥砂浆中水泥的部分替代品而受到关注。

使用环保型 SCM 作为部分水泥替代品可以帮助减轻水泥行业对环境的影响。 结合不同的纳米材料已显示出增强混凝土结构耐久性、延长其使用寿命和降低维护成本的潜力。

提高混凝土机械和耐久性能的另一种方法是使用各种类型的纤维。 然而，纤维成本高、粘结强度低、耐腐蚀性有限，阻碍了纤维在水泥复合材料中的广泛应用。 例如，与其他混凝土成分相比，碳纤维和聚合物纤维相对昂贵，导致混凝土成本更高。 另一方面，玻璃纤维与水泥的粘结强度低，耐碱性差。

为了克服这些限制，研究人员探索了纳米纤维素作为混凝土和水泥浆体纳米纤维增强材料的潜力。 纳米纤维素可以源自植物、动物和细菌，它具有刚性、轻质、可用性、环境友好性和表面粗糙度等优点，可改善其与水泥复合材料的粘合。 此外，纳米纤维素已被发现可以增强混凝土的弯曲强度、韧性和抗冲击性。 虽然纳米纤维素已将水泥复合材料的弯曲强度提高了 20-50%，但其对抗压强度的影响仍然是一个研究主题。 因此，需要进一步研究来确定纳米纤维素的最佳用量，并探索其在不同水泥复合材料中的实施情况。

在这项研究中，我们建议在纳米纤维素混合物中添加纳米粘土，以增强水泥浆体的均匀性并提高抗压强度，而纳米纤维素则侧重于增强弯曲和拉伸强度。 纳米粘土对纳米纤维素混合物的影响将通过抗压强度、吸水性和耐磨性测试进行研究。 此外，还将采用扫描电子显微镜（SEM）和热重分析（TGA）来研究纳米纤维素和纳米粘土对水泥基体微观结构的影响。

纳米粘土和纳米纤维素的杂化通过增强稳定性、均匀性和混合性能来改善机械性能。 它还提高了硬化基质的均匀性和致密性。

在较低浓度下，纳米纤维素的有效性更加明显。 这可以归因于其较大的表面积，这降低了团聚的可能性，促进了纤维的自组装，并支持网络结构的形成。 这些因素共同增强了机械性能并增强了对裂纹扩展的抵抗力。

微观结构分析表明，添加少量纳米粘土可改善其分散性、水泥基质内的均匀性，并增强火山灰反应性。

孔隙分布分析表明，纳米粘土和纳米纤维素的加入改善了水泥基体的微观结构。

纳米纤维素的加入对于促进水泥颗粒的水化、增强水泥基体的抗裂能力具有积极的作用。

总之，本研究提供了不同纳米材料添加方法对水泥复合材料机械性能和微观结构的比较影响的见解。 研究结果强调了超声处理在实现改善分散和均匀微观结构方面的重要性。 此外，结果表明纳米粘土和纳米纤维素作为增强水泥材料性能的有前途的添加剂的潜力。

强烈建议为未来的工作进行一套全面的耐久性测试，包括氯化物扩散、硫酸盐侵蚀和抗碳化性。 这些测试将为纳米改性混合物的性能和寿命提供有价值的见解。 此外，通过精确测量评估这些混合物的流动性、流变性和和易性也至关重要。 通过评估这些参数，您可以确保纳米改性混合物具有所需的性能，并且可以有效地用于各种建筑应用。 这些信息不仅有助于该领域的进步，还将指导纳米改性混合物的选择和优化，以提高性能和耐用性。