纤维增强聚合物改性水泥基修复材料的制备及性能研究

发布时间：2017-06-06 18:08

  本文关键词：纤维增强聚合物改性水泥基修复材料的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：未来的五至十年,我国大量的老旧房屋将进入一个修补加固的高峰期,许多新建混凝土结构同样面临着严重的耐久性问题,可以预见,在今后相当长时期内,我国建筑行业将完成由新建基础设施为主向修复和翻新基础设施为主的转变,因此,开展新型加固材料的制备与应用研究具有十分广阔的前景。聚合物改性水泥基修复材料是指在水泥基材料中掺入一定比例的聚合物,改善修复材料的界面过渡区结构,提高粘接强度,增加抗弯性能的一种新型修复材料。此类材料通过优化组成设计,实现性能可控,使其性能达到建筑修复材料的性能要求。本文根据Dinger-Funk方程(以下简称为D-F方程)确定的最紧密堆积模型设计聚合物改性水泥基材料中水泥浆体组成材料粉体的配合比,用相关系数和欧式距离表征实际配比中粉体粒径分布与D-F方程的接近程度。采用压汞法(MIP)测试水泥浆体的孔结构,分析了欧式距离和孔体积分形维数之间的关系及二者对抗压强度的影响。结果表明:欧式距离与分形维数之间具有较高的相关性,相关性为85.36%;当欧式距离从85.65减小至57.42时,分形维数从3.17增加到3.21,抗压强度升高至123.4MPa,提高了27.77%;当欧式距离从57.42减小至37.61时,分形维数从3.21减小到3.03,抗压强度的增长幅度不明显。以环氧树脂乳液为改性剂,研究了聚灰比和固脂比(固化剂与环氧树脂乳液的质量比,下同)对高致密水泥砂浆力学性能和水化行为的影响,用SEM研究了改性水泥砂浆的微观组织结构,用压汞法(MIP)测定分析了改性水泥砂浆的孔结构。结果表明,聚合物在水化的0-6h会加快水泥浆体的水化放热速率,在水化的加速期6-15h和15h以后则起减速作用;当固脂比为0.5时,环氧树脂乳液固化后形成相互交错缠绕的纤维状薄膜;随着聚灰比的增加,改性砂浆的平均孔径增大,孔隙率先减小后增大,抗折强度和压折比不断减小,粘接强度升高,当掺量达到15%时,改性砂浆的粘接强度达到2.75MPa。以玄武岩纤维为增强材料,研究了其掺量和长度对纤维增强水泥砂浆力学性能及孔结构的影响。结果表明:双掺6mm和3mm与单掺12mm的玄武岩纤维时水泥砂浆孔隙率降低的最大幅度分别为56.20%和53.09%,压折比降低最大幅度分别为16.91%和17.09%,双掺6mm和3mm的玄武岩纤维时抗折强度随着纤维掺量的增加而持续升高,最大增长幅度为27.09%;而单掺6mm和3mm的玄武岩纤维对水泥砂浆孔结构和抗折强度的变化幅度相对较小。分别以单掺或复掺的方式在水泥砂浆中掺加玄武岩纤维和环氧树脂乳液,研究了玄武岩纤维和环氧树脂乳液对水泥砂浆性能的耦合作用。结果表明:水泥砂浆在纤维掺量为1.5%,聚灰比为7.5%时流动性最好;玄武岩纤维和环氧树脂乳液的加入能有效降低水泥砂浆的孔隙率,纤维掺量为1.5%,且聚灰比为7.5%时,具有最小孔隙率6.31%;玄武岩纤维掺量控制在1.5%,水泥砂浆在聚灰比为12.5%时具有最小压折比4.14。最终确定的最优配比为:水泥648g,硅灰36g,超细水泥216g,细砂499g,粗砂266g;其中水灰比为0.185,减水剂的用量为3.33g,聚灰比为10%,固脂比为0.5,纤维按6mm和3mm玄武岩纤维体积比为1:1进行双掺,且纤维掺量为1.5%。按此配比制备的水泥基修复材料的抗压强度大于85MPa,抗折强度大于15MPa,粘接强度大于2.5MPa,孔隙率小于7%。
【关键词】：D-F方程 环氧树脂乳液 玄武岩纤维 孔结构 粘接强度 压折比
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 水泥基修复加固材料研究现状12-20
• 1.2.1 高致密高强水泥基材料研究现状12-15
• 1.2.2 聚合物改性材料研究现状15-18
• 1.2.3 纤维增强水泥基复合材料研究现状18-20
• 1.3 课题主要研究内容20-21
• 1.4 课题研究技术路线及创新点21-22
• 1.4.1 课题研究技术路线21
• 1.4.2 课题研究创新点21-22
• 2 原材料、仪器和实验方法22-28
• 2.1 实验原材料22-25
• 2.1.1 水泥及掺和料22-23
• 2.1.2 环氧树脂和固化剂23
• 2.1.3 玄武岩纤维23-24
• 2.1.4 石英砂24-25
• 2.1.5 其他原料25
• 2.2 试验设备25
• 2.3 试验方法25-28
• 2.3.1 试样制备及养护25-26
• 2.3.2 流动性试验26
• 2.3.3 砂浆孔结构的测定26
• 2.3.4 砂浆力学性能的测定26-28
• 3 水泥基修复材料基材的组成设计及力学性能研究28-38
• 3.1 水泥基修复材料基材的配合比设计28-30
• 3.2 水泥基修复材料基材的孔结构30-35
• 3.2.1 粒径分布对孔结构分形特征的影响30-32
• 3.2.2 粒径分布和孔结构对力学性能的影响32-35
• 3.3 水泥基修复材料基材的力学性能35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 聚合物改性水泥基修复材料的结构与力学性能研究38-51
• 4.1 聚合物对水泥基修复材料水化行为的影响38-42
• 4.1.1 水泥基修复材料中基材的水化行为38-39
• 4.1.2 聚灰比对水泥基修复材料水化行为的影响39-42
• 4.1.3 固脂比对水泥基修复材料水化行为的影响42
• 4.2 聚合物对水泥基修复材料力学性能的调控42-47
• 4.2.1 聚合物对水泥基修复材料力学性能的调控42-46
• 4.2.2 聚合物对水泥基修复材料粘接性能的影响46-47
• 4.3 聚合物对水泥基修复材料孔结构的优化47-50
• 4.3.1 聚合物在水泥基修复材料中的微观形貌47-48
• 4.3.2 聚合物对水泥基修复材料的孔结构参数48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 纤维增强聚合物改性水泥基修复材料的制备及性能研究51-65
• 5.1 单掺玄武岩纤维复合水泥砂浆的性能51-58
• 5.1.1 单掺玄武岩纤维复合水泥砂浆的工作性51-52
• 5.1.2 单掺玄武岩纤维复合水泥砂浆的孔结构参数52-56
• 5.1.3 单掺玄武岩纤维复合水泥砂浆的力学性能56-58
• 5.2 复掺玄武岩纤维和聚合物水泥砂浆的性能58-64
• 5.2.1 复掺水泥砂浆的工作性58-60
• 5.2.2 复掺水泥砂浆的孔结构60-62
• 5.2.3 复掺水泥砂浆的力学性能62-64
• 5.3 本章小结64-65
• 结论65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-76
• 攻读硕士期间的成果76

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本文编号：427114