水泥基复合材料界面区的力学性能试验研究

发布时间：2017-08-15 11:01

  本文关键词：水泥基复合材料界面区的力学性能试验研究

  更多相关文章： 纳米压痕 扫描电镜背散射 界面过渡区 弹性模量 硬度

【摘要】：水泥基材料作为典型的多相非均质材料,其微观各组成相的结构特征对宏观性能起到决定性作用,界面过渡区(Interface Transition Zone-ITZ)的厚度仅为数十微米左右,其性能比基体弱,是复合材料中的薄弱区域。本文在不同的水胶比下研究硅灰替代不同水泥掺量对水泥基复合材料抗压强度的影响,并利用纳米压痕技术,测试骨料和纤维及其邻近区域的硬度值和弹性模量,研究骨料、纤维界面过渡区的结构及微力学性质。同时采用环境扫描电子显微镜(Environmental scanning electron microscopy ESEM)微观测试技术及背散射图像灰度统计分析,观测硅灰替代水泥掺量和水胶比变化对界面区的微观结构、内部产物、界面层的特征以及界面层强化的影响规律。本文主要得出下列结论:(1)随着硅灰掺量的增加,试件抗压强度呈现先升高后降低的趋势;随着水胶比的增长,抗压强度逐渐降低;硅灰掺量较高时,养护时间的延长有助于后期强度的提高。本试验条件下,硅灰替代量为10%、水胶比为0.18时,试件的抗压强度最高。(2)纳米压痕试验观测到在本试验配比下,界面过渡区厚度约在20um-60um范围内变化。水胶比一定时,随着硅灰替代量的增加,界面区的的弹性模量值和压痕硬度值逐渐升高后下降,与基体界面过渡区的差值越来越小,当硅灰掺量达到30%时,界面过渡区不明显;硅灰掺量一定时,水胶比增大,界面区的弹模值及硬度值逐渐降低,界面区厚度增加。(3)扫描电镜试验形貌图(SEM)及背散射(Back scattering-BSE)图像灰度分析发现:水胶比一定时,随着硅灰掺量的提高,界面区的大孔及连通孔减少,细小孔洞增多,孔隙率上升,氢氧化钙(简称CH)晶体体积下降且数量递减,未水化水泥颗粒数量及平均灰度值下降,水化硅酸钙(简称C-S-H)凝胶体增多,裂纹的数量及扩展范围下降,界面区结构变得相对致密;硅灰掺量一定时,水胶比的增长导致界面及水泥浆体部分的孔洞逐渐增多增大,孔隙率上升,未水化水泥颗粒减少,平均灰度值下降,CH晶体数量增多,界面结构相对疏松;背散射图像灰度分析确定的界面区厚度范围为20um-50um,与纳米压痕试验结果相接近。
【关键词】：纳米压痕 扫描电镜背散射 界面过渡区 弹性模量 硬度
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 研究背景8-10
• 1.2 界面过渡区概述10-13
• 1.2.1 界面过渡区的形成机理10-11
• 1.2.2 界面过渡区的性能及改善措施11-12
• 1.2.3 界面过渡区的研究方法12-13
• 1.3 纳米压痕仪的原理及其在水泥基材料研究中的应用13-15
• 1.4 扫描电镜背散射图像测试原理及其在水泥基材料研究中的应用15-16
• 1.5 本文的主要研究内容16-17
• 第二章 试验原材料及试验方法17-30
• 2.1 试验原材料17-19
• 2.2 配合比设计19
• 2.3 试件制作19-22
• 2.3.1 试件种类19-20
• 2.3.2 试件制作过程20-22
• 2.4 纳米压痕试验设备及方法22-27
• 2.4.1 纳米压痕试验仪器介绍22
• 2.4.2 纳米压痕仪器技术参数22-23
• 2.4.3 纳米压痕试验的实验原理23-25
• 2.4.4 纳米压痕试验的试样要求25-26
• 2.4.5 纳米压痕试验的测试程序26-27
• 2.5 扫描电子显微镜设备及背散射图像分析方法27-30
• 2.5.1 扫描电子显微镜仪器介绍27
• 2.5.2 扫描电子显微镜背散射图像分析方法27-29
• 2.5.3 扫描电子显微镜对样品的要求29-30
• 第三章 水泥基复合材料抗压力学性能研究30-37
• 3.1 引言30
• 3.2 试验仪器及方法30-31
• 3.3 试验结果分析31-36
• 3.3.1 硅灰掺量对抗压强度影响32-33
• 3.3.2 水胶比对抗压强度影响33-35
• 3.3.3 养护时间对抗压强度影响35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 纳米压痕力学试验结果分析37-59
• 4.1 引言37
• 4.2 纳米压痕试验数据处理方法37-40
• 4.2.1 界面过渡区微力学性质测试结果与压痕深度典型曲线37-38
• 4.2.2 纳米压痕测试指标与距骨料及纤维表面距离变化的典型试验曲线38-39
• 4.2.3 纳米压痕测试指标距骨料及纤维表面距离变化的等高图表征39-40
• 4.3 骨料界面过渡区的微力学性质分析40-50
• 4.3.1 水胶比的影响40-46
• 4.3.2 硅灰掺量的影响46-50
• 4.4 纤维界面过渡区的微力学性质50-58
• 4.4.1 水胶比的影响50-55
• 4.4.2 硅灰掺量的影响55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 扫描电镜下界面过渡区微观结构分析59-90
• 5.1 引言59
• 5.2 扫描电镜下界面区微观形貌分析59-73
• 5.2.1 骨料界面区(A-ITZ)的微观形貌分析59-66
• 5.2.2 纤维界面区(F-ITZ）的微观形貌分析66-73
• 5.3 扫描电镜背散射图像灰度分析73-87
• 5.3.1 界面过渡区厚度表征73-74
• 5.3.2 纤维界面区(F-ITZ)的背散射图像灰度分析74-80
• 5.3.3 骨料界面区(A-ITZ)背散射图像灰度分析80-87
• 5.4 硅灰的影响机理分析87-88
• 5.5 水胶比的影响机理分析88-89
• 5.6 本章小结89-90
• 结论与展望90-93
• 结论90-91
• 展望91-93
• 参考文献93-97
• 致谢97

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本文编号：677777