混凝土力学特性及界面机理——基于碳纳米管-碳纤维多尺度协同增强效应

随着高技术武器的不断发展，防护工程面临的碰撞、冲击、侵彻、爆炸等威胁日益严峻。混凝土作为建造防护工程的主要材料，其力学性质直接关系到工程结构的战时保障效能。本书聚焦于通过研发新型混凝土材料，以强化防护工程的抗力水平，具有重要的科研价值与工程意义。本书基于碳纳米管-碳纤维多尺度协同增强效应，系统研究了混凝土材料的力学性能提升与界面优化机理。全书共9章，详细阐述了碳纳米管-碳纤维多尺度增强混凝土的制备技术、动力特性和界面增强机制，旨在为提升传统混凝土材料的力学特性提供新的解决方案。其中，第1章为综述，第2章至第5章为多尺度纤维增强混凝土力学特性研究，第6章至第8章为多尺度纤维增强混凝土界面特性分析，第9章为结论与展望。

1. 作为通讯作者、第一作者发表论文22篇，其中SCI检索14篇（Q1区7篇，影响因子13.1）、EI检索4篇，其他核心期刊4篇。2. 代表性论文：①Lu, Song; Xia, Wei; Bai, Erlei; Et al，《Composites Part B: Engineering》，2022年发表，IF=13.1，Q1分区。② Lu, Song; Bai, Erlei; Xu, Jinyu; Et al，《Construction and Building Materials》，2021年发表，IF=7.4，Q1分区。③ Lu, Song; Xu, Jin-Yu; Bai, Er-Lei Et al. 《Construction and Building Materials》，2017年发表，IF=7.4，Q1分区。④夏伟;陆松;白二雷等，基于SHPB试验的碳纳米管增强混凝土动态压缩行为研究，《爆炸与冲击》，2024年发表，EI。⑤夏伟;陆松;白二雷等，碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土力学性能研究，《材料导报》，2023年发表，EI。

目录
前言
第1章 综述 1
1.1 相关背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 碳纤维和碳纳米管分散性研究现状 3
1.2.2 纤维增强混凝土研究现状.7
1.2.3 碳纤维表面改性研究现状 11
1.2.4 碳纳米管–碳纤维复合多尺度纤维研究现状 16
1.2.5 混凝土本构模型研究现状 19
1.2.6 混凝土界面过渡区研究现状 20
1.2.7 分子模拟研究现状 22
1.3 现有研究存在的问题与不足 24
1.4 本书研究内容 24
第2章 碳纳米管–碳纤维复合多尺度纤维的制备及性能表征 26
2.1 引言 26
2.2 试验原料与仪器设备 26
2.2.1 原材料及试剂 26
2.2.2 试验仪器及设备 26
2.3 电泳沉积制备CNT-CF 28
2.3.1 电泳沉积技术 28
2.3.2 碳纤维表面沉积碳纳米管 29
2.3.3 超声辅助电泳沉积机理分析 32
2.4 CNT-CF的性能测试与表征 33
2.4.1 CNT-CF表面形貌特征 34
2.4.2 CNT-CF表面化学状态 35
2.4.3 CNT-CF微观界面剪切 37
2.4.4 CNT-CF的界面增效机制 38
2.5 小结 41
第3章 多尺度纤维增强混凝土力学试验设计 42
3.1 引言 42
3.2 混凝土试件的制备 42
3.2.1 原材料及其性能 42
3.2.2 配合比设计 46
3.2.3 试件制备 47
3.3 试验设计与方法 51
3.3.1 试验方案 51
3.3.2 试验设备及方法 52
3.3.3 动力试验应变率的选择 55
3.4 SHPB试验原理与相关技术 57
3.4.1 SHPB试验基本原理 57
3.4.2 波形整形技术 58
3.4.3 平均应变率的确定 59
3.5 小结 60
第4章 多尺度纤维增强混凝土静态力学特性研究 62
4.1 引言 62
4.2 静力强度特性分析 62
4.2.1 抗压强度 62
4.2.2 抗折强度 64
4.2.3 折压比 66
4.3 破坏失效模式分析 67
4.3.1 立方体压缩破坏 67
4.3.2 棱柱体断裂破坏 70
4.4 与CFRC的对比分析 71
4.5 机理分析 72
4.6 小结 74
第5章 多尺度纤维增强混凝土动态压缩力学特性研究 76
5.1 引言 76
5.2 CMFRC的动态压缩力学特性 76
5.2.1 应力–应变曲线 78
5.2.2 强度特性 80
5.2.3 变形特性 82
5.2.4 冲击韧性 83
5.2.5 破坏形态 85
5.3 分析与讨论 87
5.4 CMFRC 的动态压缩本构关系.88
5.5 小结 93
第6章 多尺度纤维增强混凝土界面过渡区研究 95
6.1 引言 95
6.2 试验方法 95
6.3 试验结果与分析 99
6.3.1 试验结果 99
6.3.2 物相体积分数分析 101
6.3.3 界面过渡区物相分析 107
6.4 混凝土界面过渡区均匀化模型 108
6.4.1 均匀化理论简介 108
6.4.2 均匀化模型 109
6.5 小结 113
第7章 多尺度纤维增强混凝土界面拉拔模拟研究 115
7.1 引言 115
7.2 分子力场 115
7.2.1 分子力场的能量项 115
7.2.2 常见的分子力场 118
7.3 分子系综 120
7.4 温度控制方法 121
7.5 动力学模型的建立 122
7.5.1 碳纳米管模型 122
7.5.2 碳纤维初始模型 123
7.5.3 混凝土模型 123
7.5.4 环氧树脂模型 125
7.5.5 多尺度纤维/混凝土界面模型 126
7.5.6 普通碳纤维/混凝土界面模型 127
7.5.7 多尺度纤维/环氧树脂界面模型 129
7.5.8 普通碳纤维/环氧树脂界面模型 130
7.6 相互作用能与界面作用力的计算 132
7.6.1 相互作用能 133
7.6.2 最大拉拔力 133
7.7 小结 134
第8章 多尺度纤维增强混凝土的微观结构及机理分析 136
8.1 引言 136
8.2 微观结构测试与分析 136
8.2.1 试样准备及测试仪器 136
8.2.2 基于SEM试验技术的微观形貌特征分析 138
8.2.3 基于MIP试验技术的孔隙结构特征分析 140
8.2.4 基于XRD试验技术的水化物相特征分析 153
8.3 CMFRC的微观改性机理分析 156
8.3.1 纤维结构的多尺度设计 156
8.3.2 CMFRC的微观结构物理模型 157
8.3.3 CNT-CF对混凝土的改性机制 158
8.4 小结 160
第9章 结论与展望 161
9.1 结论 161
9.2 展望 163
参考文献 165