复合混凝土界面性能及微观结构研究

发布时间：2020-05-31 05:33

【摘要】：在高精度数控机床制造中,由聚合物混凝土床身逐渐取代传统铸铁床身已成为国际上主流发展趋势。然而,这种新材料床身在拥有动态特性好,抗振能力强,稳定性佳,加工精度高等铸铁床身无法比拟优势的同时,也因制造成本远高于铸铁床身而未能得到推广。为此,本文针对一种新型的用于机床床身的复合混凝土材料进行研究。现阶段的应用研究中发现,在长期承载条件下,复合混凝土床身在导轨附近容易出现界面开裂。导轨方向是床身承载主要方向,这就要求材料在沿导轨方向具有较高的承载能力。为解决床身开裂问题,牢固的复合界面成为提高复合混凝土床身应用性能的关键技术。针对床身复合界面,本文的工作内容如下:(1)采用模塑法实现了环氧树脂混凝土(EPC)对高强硅酸盐混凝土预制内核的包覆与结合,经振捣、养护和时效得到复合混凝土材料。从几何因素角度提出一种新型接头模型,应用压片法制得试件。(2)对所有试件进行抗压强度、劈裂强度、表面硬度等静态力学测试,对界面进行数学建模,利用MATLAB对实验结果进行分析、实现界面优化,得到界面形状的最优解并应用于样机制造。最终完成样机模具制造、钢结构设计、界面处理和铸造成型。(3)采用JSM-5610LV型扫描电子显微镜(SEM)来观察界面断口形貌和分析界面微观结构。从微观结构角度解释界面结合和优化机理,为本实验提供理论依据。经上述工作得出结论为:(1)经界面优化后,复合混凝土机械性能高于硅酸盐混凝土和采用平面粘接的复合混凝土,稍逊于环氧树脂混凝土但可满足应用要求,且性价比更高。(2)复合混凝土通过EPC基体固化反应,经过环氧溶胶体、凝胶体的生成而最终形成三维交联网络结构。官能团反应程度与交联密度、分子链末端缠结方式、化学键合以及分子间作用力有关。(3)EPC基体通过浸润、吸附和化学键与硅酸盐混凝土表面形成复合界面。界面强度与抑制层和界面区微凝胶体的形态和排列方式有关。抑制层内微胶束密度及其排列有序性直接影响层内树脂的模量及变形,从而影响界面承担载荷和抵抗断裂的能力。波形接头覆盖率和吸附活化能更高,官能团反应程度更高。大凝胶体所占比例较大,且排列更为致密,这使得波形接头具有更高粘接强度。且在横向承载能力上比平界面高出70.2%。可以认为是解决床身界面开裂问题的有效手段。
【图文】：

水化进程,硅酸盐,混凝土

大连灥大学工学硕士学位论文逡逑工作表面的材料组成如图２．２所示，环氧树脂混凝土作为工作表面具备优异的加工逡逑精度、阻尼特性、低收缩率以及低热导率，同时其极强的抗腐蚀、抗蠕变能力以及很高逡逑的耐久性，对内核主体有很好的保护作用，赋予复合体系极高的可靠性。逡逑２．１高强硅酸盐混凝土设计逡逑材料试验和工程实践证明，水泥混凝土的受力破坏主要源自于内部的气隙、水隙与逡逑某些潜在微裂缝等结构薄弱环节，这些结构缺陷多存在于净浆硬化体以及净浆硬化体与逡逑骨料界面中。为配制结构强度更稳定的高强混凝土，除了应关注于制备工艺外，亦受制逡逑于原材料的性能高低以及外加剂的辅助作用。现阶段研宄认为影响高强混凝土的主要参逡逑数有四［１８’１９］：逡逑其一，必须具备极低的水灰比，通常为０．３０－０．４０。这使得制备高强混凝土必须掺用逡逑高效减水剂以降低拌和水的用量。逡逑其二，掺用硅灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣、磨细天然沸石粉等活性矿物掺合料以替逡逑除体系中一部分仅仅起到填料作用的多余水泥

混凝土组成,硅酸盐,成分,骨料

Ａ邋？邋（ＣＳ邋？邋ＣＨ）邋？邋Ｈ，．邋Ｃ，（Ａ．Ｋ）邋？邋（ＣＳ，邋Ｃ，（Ａ，Ｆ）Ｈ，逡逑？邋ＣＨ）邋．邋Ｈ，，逡逑图２．３硅酸盐混凝土水化进程逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｈｙｄｒａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋Ｐｏｒｔｌａｎｄ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ逡逑本课题根据数控车床斜床身性能要求和工作环境，最终选择大连小野田水泥有限公逡逑司Ｐ邋？邋ＩＩ５２．５Ｒ硅酸盐水泥。其２ｄ最低抗压强度为３０ＭＰａ，２８ｄ龄期最低抗压强度为逡逑５２．５ＭＰａ。Ｒ表示其具有早强属性。逡逑（２）骨料逡逑骨料是分散在水泥浆基体中的不具备化学活性的粒形材料，，是整个混凝土体系的骨逡逑架。骨料对于高强混凝土的性能有着极大的影响［２２］：既起到保证体积稳定性和体系耐久逡逑性的技术意义，又有降低混凝土造价的经济意义。对高强混凝土骨料的技术要求为：高逡逑硬度、高强度、高密实性且无孔隙无软性杂质的高品质骨料。骨料的组成包括粗骨料（石逡逑料）和细骨料（砂），两者构成比例多为６：邋４至７：邋３。逡逑粗骨料的性能决定着高强混凝土的抗压强度与弹性模量，这种影响主要取决于：水逡逑泥浆一骨料黏结力、骨料弹性性质、骨料周边区域应力集中状况以及结构内部水的局部逡逑９逡逑
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】