Durability of short carbon fiber reinforced cement-based materials during exposure to chemical attack

短碳纤维增强水泥基材料在化学侵蚀过程中的耐久性

基本信息

  • 批准号:
    0510534
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15.09万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2005-08-15 至 2008-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract - Durability of short carbon fiber reinforced cement-based materials during exposure to chemical attackF. SanchezConcrete degradation is a large burden on the US economy. Composite materials have been advocated as a means to break this cycle of deterioration in aging infrastructure based on demonstrated corrosion resistance, control of crack propagation, and increased strength-to-weight ratios. Among these composite materials, short carbon fiber reinforced concrete has shown additional property enhancements including increased electromagnetic interference shielding, capability of sensing internal strain, self-monitoring of mechanical damage, sensing of temperature changes, and thermal actuation. Due to the appealing properties of these multifunctional materials and the critical role that they can play in improving infrastructural health and function, it is important to gain a better understanding of their long-term durability. The goal of this research is to investigate (i) the effect of exposure to chemical attack on the microstructure and morphology of carbon fiber reinforced concrete and (ii) how microstructural and morphological changes at the interface between the carbon fibers and the cementitious material in turn affect the macro scale mechanical and physical properties of the material, including strength, electrical conductivity, and durability. State-of-the-art physical (surface area, microporosity, 3-D imaging of pore structure, and advanced thermal analysis) and chemical (elemental composition and solid phase mineralogy and morphology) techniques and traditional durability testing will be used to (i) characterize the surface of the carbon fibers under different conditions ("as-received," after surface treatment, and during hydration reaction), (ii) quantify and relate the physical and chemical changes of the carbon fiber-cement interface and of the bulk cement paste during decalcification to observed macro scale properties. The proposed research will mark a critical step towards understanding how to further enhance the performance of carbon fiber reinforced cement-based materials. Educational outreach will provide an increased appreciation of civil engineering study and research and its benefits to society to primary education teachers and students through partnership with local educators and education experts and will involve development of age-appropriate teaching modules for inner-city, middle and high school students.
摘要 - 暴露于化学攻击期间的短碳纤维增强水泥材料的耐用性。 Sanchezconcrete退化是美国经济的巨大负担。基于证明的耐腐蚀性,对裂纹传播的控制以及强度重量比率的增加,复合材料被提倡作为破坏老化基础设施中这种恶化周期的一种手段。在这些复合材料中,短碳纤维钢筋混凝土显示了其他性能增强,包括增加电磁干扰屏蔽,感应内部应变的能力,机械损伤的自我监测,温度变化的感应和热驱动。由于这些多功能材料具有吸引人的特性以及它们在改善基础设施健康和功能中所起的关键作用,因此更好地了解其长期耐用性非常重要。这项研究的目的是研究(i)化学攻击对碳纤维增强混凝土微观结构和形态的影响以及(ii)(ii)碳纤维和水泥材料之间界面之间的微结构和形态变化,反过来影响宏观规模的机械和物理性能,包括强度,电力,电力和义务。最先进的物理(表面积,微孔度,孔结构的3-D成像以及高级热分析)以及化学(元素组成和固相矿物学和形态)技术以及传统的耐久性测试将用于(i)表征(i)表征碳纤维的表面,在不同的情况下进行了碳纤维的表面(“在表面上进行了量化,以及在表面上的变化,以及在水中的变化,以及(II),以及(II量),(II),(II),(II),(II),(II),(II),(II),(II)纤维水泥界面和散装水泥糊化过程中观察到的宏尺度性能。拟议的研究将标志着了解如何进一步增强碳纤维增强水泥基材料的性能的关键步骤。教育宣传将通过与当地教育者和教育专家的合作伙伴关系,对土木工程研究和研究及其对社会的利益提供对社会对社会的好处,并将涉及为中学,中学和高中生提供适合年龄的教学模块。

项目成果

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