碳纳米管改性黏土力学性能及微观机制研究

摘要：

研究多壁碳纳米管(MWCNTs)改性黏土力学性能,旨在将其应用于垃圾填埋场衬垫材料的设计和施工中.通过三轴压缩试验和扫描电子显微镜(SEM)试验,分析了不同MWCNTs掺量(质量分数,下同)对黏土抗剪强度的影响规律,并从微观结构演化规律方面揭示了宏观力学特性变化机理.三轴试验结果表明,抗剪强度随MWCNTs掺量增加,表现为先增加后减小,0.5％MWCNTs掺量抗剪强度值最大,且掺加多壁碳纳米管试样的抗剪强度均大于未掺入试样;随MWCNTs掺量增加,黏聚力的发展规律与抗剪强度一致,最大值出现在0.5％～1.0％;内摩擦角则随MWCNTs掺量增加表现为先减小后增大,在1％左右MWCNTs掺量处最小.掺入0.5％～1.0％的MWCNTs可以有效提高黏土的抗剪强度.掺加MWCNTs改变土体微观结构是引起其宏观力学特性变化的根本原因.分析SEM结果表明,无MWCNTs掺量的试样中黏土颗粒间接触较为紧密,大、小孔隙分布较为均匀;掺入MWCNTs之后,土样孔隙的数量和尺寸均发生了明显改变.掺量较低时(0.5％),MWCNTs附着在土颗粒表面,填充孔隙使得孔隙尺寸减小,增加了土样的密实性,从而使得抗剪强度增大;随着MWCNTs掺量增加(1％和2％)可以观察到试样孔隙数量增多,但均少于无MWCNTs掺量试样中的孔隙数量,这种现象归因于MWCNTs自身的润滑作用减弱了其对黏土颗粒的吸附胶结作用,导致抗剪强度减小.

关键词：多壁碳纳米管、黏土、土体改性、抗剪强度、微观机制

所属期刊栏目：43

分类号：TU521.3(建筑材料)

资助基金：国家自然科学基金51908075

在线出版日期：2022-07-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：86-91