桥面铺装用玄武岩纤维聚合物混凝土性能研究
发布时间：2021-07-27 00:42
玄武岩纤维聚合物水泥混凝土是国际上近些年发展极为快速的新型水泥复合型材料,它在抗冻性能、耐冲击、抗拉抗弯强度等性能方面有着极为显著的优势,使之在水利、机场、道路、军事等诸多领域得到广泛应用,在公路领域多应用在桥面铺装层的修筑工作中。当混凝土中掺加聚合物乳液时,在水泥粒子及其水化物、骨料和纤维界面上的部分区域构筑成聚合物薄膜,后者对水泥粒子、骨料以及水化物、纤维等等有着显著的包裹效应,显著降低混凝土内部裂纹产生和扩展的可能性。界面过渡层的存在,使混凝土的内部结构结合紧密,当混凝土受力时,有效缓解复合材料中由材料突变引起的应力集中,增强混凝土抵御外部环境的能力,结果显著提高了混凝土的力学性能和长期性能。玄武岩纤维聚合物水泥混凝土作为路面铺装材料可以改善路面的铺装性能,提高路面和桥面的抗压强度,延长其使用寿命。本文进行了混凝土力学性能和耐久性能试验,提出了应用于桥面铺装层的C50玄武岩聚合物水泥混凝土配合比;同时结合工程实际,提出玄武岩纤维聚合物水泥混凝土桥面铺装层施工工艺,取得了良好的使用效果。玄武岩纤维和聚合物对普通混凝土力学性能、工作性能和耐久性能三个方面的影响进行研究,提出了玄武岩纤...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基准混凝从图4-1可以看出，普通混凝土浇
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文46凝土内部就容易产生裂纹，在负荷不断增长之下，这些裂纹尖端之处的应力将会更强，会使得裂纹进一步扩大，直至样件遭受严重性破坏。图4-2掺玄武岩纤维混凝土的微观形貌分析上图可知，该28d纤维混凝土样件，其中的纤维与混凝土之间连接较为紧密，纤维被水泥浆体紧密包裹。图中可以看出，无论是基准混凝土还是掺玄武岩纤维混凝上，周围的水泥浆体水化较好，并没有大量氢氧化钙聚集。但是基准混凝土界面上有微裂缝存在，而掺玄武岩纤维的混凝土未见明显的裂缝。其原因就是水泥浆体在塑性与干缩之时因为内应力较大，进而形成相应的微裂缝，在掺入玄武岩纤维之后，纤维呈现出乱向分布模式，并能穿过微裂缝，从而对后者的生长带来抑制效应。如果混凝土遭受到外载荷，纤维会吸收其中的部分能量，进而对裂缝的发展速度带来遏制，这样就能显著提升混凝土的承载能力。武岩纤维比表面积大，在掺入至水泥混凝土之后，玄武岩纤维会均与的分散于该混凝体体系之内，并呈现出乱向分布态，因为该纤维的弹性模量相较于塑性浆体而言更高，而且纤维与水泥混凝土之间还存在着界面粘结力与机械啮合力等。这使得混凝土在硬化之后的抗拉强度得到显著提升。在混凝土遭受应力作用之时，微裂纹所形成的垂直应力分量就会受到玄武岩纤维的遏制，而且玄武岩纤维与周围混凝土基体间粘结力会显著增强，于是就能减弱裂纹尖端的应力大小，使得裂纹的发展难度进一步增强。此外适当的掺入纤维也能很好防范混凝土基体骨料沉降问题，进而对混凝土的离析倾向进行遏制，进而对混凝土内部孔隙加以减少，增加体系密实度，从而提高混凝土的抗渗性。由玄武岩纤维力学性能及微观综合分析知：随着玄武岩纤维掺入量的不断提升，该混凝土的抗渗与抵抗变形
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文47会过度交缠，进而难以分散，它的作用也就很难得到发挥，仅仅稍微提升混凝土的抵抗变形能力。而且过多的纤维也会使得混凝土的抗渗透能力显著下降。而对混凝土耐久性进行评价的关键指标就是混凝土的抗渗性与抵抗变形能力。所以，适当增加该掺入量就能显著改善混凝土的耐久性，如果过量，那么对应的效果就不会显著[53]。4.1.2丁苯乳液聚合物的微观分析微观分析中选取具有代表性的丁苯乳液聚合物掺量10%与基准混凝土对比观察分析。分析的混凝土试样选取前面实验中养护了28d的试件。图4-3基准混凝土的微观形貌图4-4掺丁苯乳液混凝土的微观形貌图4-3显示了基准混凝土的微观结构形貌。分析上图可知，没有掺入丁苯乳液的混凝土，其中水化产物存在着相互独立的钙矾石晶体结构，此外还包括了具有絮状的水化CSH凝胶。其中的水化产品之间存在着较多的孔隙，同时这些孔隙之间具有较少的连接。整体水化产物之间的结构颇为松散，且内含相对较大的空穴，此外，浆体的表面还能观察到相应的微裂纹，在加入相关聚合物之后，分析4-4图，便能发现其水化产物的结构会更为紧密，微裂纹现象也会明显减少，钙矾石晶体之间被一些薄膜状的聚合物粘结在一起，聚合物膜状物既能够填充相关的空穴，同时也能与相关的隙缝进行对接。通过改性之后的混凝土其中间的界面结构亦可得到极佳改善，水泥浆体与骨料之间的粘结力增长明显。实际上，对于基质混凝土而言，这种界面区域常常是薄弱之处，若是混凝土内部产生应力作用，那么过渡区域就更容易产生裂纹。而在聚合物作用之下，根据Ohama理论可知，这些聚合物会在水泥与骨料之间构成膜结构，由此将它们进行更好的固结，从而使得混凝土的密实度与牢固度明显增强。
【参考文献】：
期刊论文
[1]丁苯乳胶粉在早期水泥砂浆中形成聚合物膜结构的形态[J]. 彭宇,赵国荣,王培铭,孔亚宁,赵丕琪. 电子显微学报. 2019(04)
[2]玄武岩纤维在建筑材料领域的应用研究进展[J]. 苟万,周绿山,邓远方,杨亚非,王柱理,符东. 当代化工. 2019(05)
[3]环氧树脂乳液改性水泥砂浆的力学强度与体积稳定性试验研究[J]. 李侠,刘志杭,于晓晴,刘芝敏,张爱勤. 山东交通学院学报. 2018(04)
[4]聚合物改性水泥砼力学性能及耐久性能研究[J]. 佀传铭. 公路与汽运. 2018(06)
[5]玄武岩纤维及其增强水泥基复合材料研究进展[J]. 贾明皓,肖学良,钱坤. 硅酸盐通报. 2018(11)
[6]聚合物水泥防水浆料粘结性能影响因素研究[J]. 张文龙. 中国建筑防水. 2018(20)
[7]超高性能混凝土国内外研究进展[J]. 孙世国,鲁艳朋. 科学技术与工程. 2018(20)
[8]丁苯乳液改性机制砂干混砂浆性能及机理研究[J]. 王志儒,尹云厅. 四川水泥. 2018(07)
[9]聚羧酸外加剂在高性能混凝土中的性能研究[J]. 孔祥春. 建材与装饰. 2018(20)
[10]混杂纤维高强自密实混凝土弯曲韧性试验[J]. 王钧,薛鹤,李婷. 建筑科学与工程学报. 2018(02)
硕士论文
[1]纤维混凝土细观力学模型与应用[D]. 杜明干.清华大学 2004
[2]高性能混凝土的体积稳定性研究[D]. 张向军.浙江工业大学 2004
本文编号：3304706
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基准混凝从图4-1可以看出，普通混凝土浇
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文46凝土内部就容易产生裂纹，在负荷不断增长之下，这些裂纹尖端之处的应力将会更强，会使得裂纹进一步扩大，直至样件遭受严重性破坏。图4-2掺玄武岩纤维混凝土的微观形貌分析上图可知，该28d纤维混凝土样件，其中的纤维与混凝土之间连接较为紧密，纤维被水泥浆体紧密包裹。图中可以看出，无论是基准混凝土还是掺玄武岩纤维混凝上，周围的水泥浆体水化较好，并没有大量氢氧化钙聚集。但是基准混凝土界面上有微裂缝存在，而掺玄武岩纤维的混凝土未见明显的裂缝。其原因就是水泥浆体在塑性与干缩之时因为内应力较大，进而形成相应的微裂缝，在掺入玄武岩纤维之后，纤维呈现出乱向分布模式，并能穿过微裂缝，从而对后者的生长带来抑制效应。如果混凝土遭受到外载荷，纤维会吸收其中的部分能量，进而对裂缝的发展速度带来遏制，这样就能显著提升混凝土的承载能力。武岩纤维比表面积大，在掺入至水泥混凝土之后，玄武岩纤维会均与的分散于该混凝体体系之内，并呈现出乱向分布态，因为该纤维的弹性模量相较于塑性浆体而言更高，而且纤维与水泥混凝土之间还存在着界面粘结力与机械啮合力等。这使得混凝土在硬化之后的抗拉强度得到显著提升。在混凝土遭受应力作用之时，微裂纹所形成的垂直应力分量就会受到玄武岩纤维的遏制，而且玄武岩纤维与周围混凝土基体间粘结力会显著增强，于是就能减弱裂纹尖端的应力大小，使得裂纹的发展难度进一步增强。此外适当的掺入纤维也能很好防范混凝土基体骨料沉降问题，进而对混凝土的离析倾向进行遏制，进而对混凝土内部孔隙加以减少，增加体系密实度，从而提高混凝土的抗渗性。由玄武岩纤维力学性能及微观综合分析知：随着玄武岩纤维掺入量的不断提升，该混凝土的抗渗与抵抗变形
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文47会过度交缠，进而难以分散，它的作用也就很难得到发挥，仅仅稍微提升混凝土的抵抗变形能力。而且过多的纤维也会使得混凝土的抗渗透能力显著下降。而对混凝土耐久性进行评价的关键指标就是混凝土的抗渗性与抵抗变形能力。所以，适当增加该掺入量就能显著改善混凝土的耐久性，如果过量，那么对应的效果就不会显著[53]。4.1.2丁苯乳液聚合物的微观分析微观分析中选取具有代表性的丁苯乳液聚合物掺量10%与基准混凝土对比观察分析。分析的混凝土试样选取前面实验中养护了28d的试件。图4-3基准混凝土的微观形貌图4-4掺丁苯乳液混凝土的微观形貌图4-3显示了基准混凝土的微观结构形貌。分析上图可知，没有掺入丁苯乳液的混凝土，其中水化产物存在着相互独立的钙矾石晶体结构，此外还包括了具有絮状的水化CSH凝胶。其中的水化产品之间存在着较多的孔隙，同时这些孔隙之间具有较少的连接。整体水化产物之间的结构颇为松散，且内含相对较大的空穴，此外，浆体的表面还能观察到相应的微裂纹，在加入相关聚合物之后，分析4-4图，便能发现其水化产物的结构会更为紧密，微裂纹现象也会明显减少，钙矾石晶体之间被一些薄膜状的聚合物粘结在一起，聚合物膜状物既能够填充相关的空穴，同时也能与相关的隙缝进行对接。通过改性之后的混凝土其中间的界面结构亦可得到极佳改善，水泥浆体与骨料之间的粘结力增长明显。实际上，对于基质混凝土而言，这种界面区域常常是薄弱之处，若是混凝土内部产生应力作用，那么过渡区域就更容易产生裂纹。而在聚合物作用之下，根据Ohama理论可知，这些聚合物会在水泥与骨料之间构成膜结构，由此将它们进行更好的固结，从而使得混凝土的密实度与牢固度明显增强。
【参考文献】：
期刊论文
[1]丁苯乳胶粉在早期水泥砂浆中形成聚合物膜结构的形态[J]. 彭宇,赵国荣,王培铭,孔亚宁,赵丕琪. 电子显微学报. 2019(04)
[2]玄武岩纤维在建筑材料领域的应用研究进展[J]. 苟万,周绿山,邓远方,杨亚非,王柱理,符东. 当代化工. 2019(05)
[3]环氧树脂乳液改性水泥砂浆的力学强度与体积稳定性试验研究[J]. 李侠,刘志杭,于晓晴,刘芝敏,张爱勤. 山东交通学院学报. 2018(04)
[4]聚合物改性水泥砼力学性能及耐久性能研究[J]. 佀传铭. 公路与汽运. 2018(06)
[5]玄武岩纤维及其增强水泥基复合材料研究进展[J]. 贾明皓,肖学良,钱坤. 硅酸盐通报. 2018(11)
[6]聚合物水泥防水浆料粘结性能影响因素研究[J]. 张文龙. 中国建筑防水. 2018(20)
[7]超高性能混凝土国内外研究进展[J]. 孙世国,鲁艳朋. 科学技术与工程. 2018(20)
[8]丁苯乳液改性机制砂干混砂浆性能及机理研究[J]. 王志儒,尹云厅. 四川水泥. 2018(07)
[9]聚羧酸外加剂在高性能混凝土中的性能研究[J]. 孔祥春. 建材与装饰. 2018(20)
[10]混杂纤维高强自密实混凝土弯曲韧性试验[J]. 王钧,薛鹤,李婷. 建筑科学与工程学报. 2018(02)
硕士论文
[1]纤维混凝土细观力学模型与应用[D]. 杜明干.清华大学 2004
[2]高性能混凝土的体积稳定性研究[D]. 张向军.浙江工业大学 2004
本文编号：3304706
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