竹纤维增强水泥砂浆性能研究

发布时间：2017-07-14 22:43

  本文关键词：竹纤维增强水泥砂浆性能研究

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【摘要】：在水泥基材料中掺加纤维是改善其脆性和收缩开裂的有效方法之一。竹纤维作为一种天然植物纤维,具有物理力学性能好、单位能耗低、抗拉强度较高等特点。开发利用竹纤维,将其作为水泥基材料的增强材料,以替代传统增强纤维,对完善纤维增强水泥基材料制备技术体系及其基础理论体系具有重要的理论意义,同时对新型水泥基增强材料的开发和相关规范规程的补充完善具有重要的参考价值。本文以竹纤维砂浆为研究对象,优化了竹纤维砂浆的搅拌工艺,探讨了竹纤维掺量和长度对砂浆力学性能、塑性收缩及干缩的影响规律,以及湿干循环条件下竹纤维砂浆的性能变化规律,主要结论如下：(1)采用将砂、水泥、竹纤维先预拌2min,再加水搅拌2min的搅拌工艺,有利于竹纤维在基体中的均匀分散,可显著改善竹纤维砂浆的工作性能和力学性能。(2)探讨了竹纤维掺量和长度对砂浆力学性能的影响,并利用matlab建立了各强度指标与纤维掺量和长度之间的数学关系。试验结果表明：当纤维长度L=5mm时,抗折、抗压强度随纤维掺量的增加先增大后减小,韧性随纤维掺量的增加而提高；当L=10mm或15mm时,抗折、抗压强度以及韧性均随纤维掺量的增加先增大后减小；当L=20mm时,抗折、抗压强度以及韧性随纤维掺量的增加逐渐降低。当纤维掺量M=0.5 kg/m3时,抗折、抗压强度以及韧性随纤维长度的增加逐渐增大；当M=1.0kg/m3或1.5 kg/m3时,抗折、抗压强度以及韧性均随纤维长度的增加先增大后减小；当M=2.0kg/m3时,抗折、抗压强度随纤维长度的增加先增大后减小,韧性随纤维长度的增加逐渐降低。竹纤维的掺量和长度分别选用1.5 kg/m3和10mm时,砂浆的强度最高；竹纤维的掺量和长度分别选用0.5 kg/m3和20mm时,砂浆的韧性最好。(3)探讨了竹纤维掺量和长度对砂浆变形性能的影响,试验结果表明：竹纤维的掺入,可以有效延迟砂浆的塑性收缩开裂时间,并降低其塑性开裂程度以及干缩率。当L=5mm或10mm时,砂浆塑性收缩开裂的面积以及干缩率随纤维掺量的增加逐渐降低；当L=15mm时,砂浆塑性收缩开裂的面积随纤维掺量的增加逐渐降低,而干缩率随纤维掺量的增加先减小后增大；当L=20mm时,砂浆塑性收缩开裂的面积以及干缩率均随纤维掺量的增加先减小后增大。当M=0.5kg/m3、1.0 kg/m3或1.5kg/m3时,砂浆塑性收缩开裂的面积随纤维长度的增加逐渐降低,而干缩率随纤维长度的增加先减小后增大；当M=2.0kg/m3时,砂浆的开裂面积以及干缩率均随纤维长度的增加先减小后增大。竹纤维的掺量和长度分别选用1.5 kg/m3和20mm时,限制砂浆塑性收缩开裂的效果最好；竹纤维的掺量和长度分别选用1.5 kg/m3和15mm时,限制砂浆干缩的效果最好。(4)竹纤维砂浆在湿干循环条件下,其抗折强度和韧性会逐渐降低,对竹纤维进行碱处理后,可以延缓竹纤维砂浆强度和韧性降低的速率。SEM和EDS微观分析表明,竹纤维经过碱处理后,其外表面的半纤维素、木质素、蜡以及其他杂质被去除,竹纤维的化学成分更纯,这有利于水泥水化产物在纤维表面的沉积,改善其与基体的粘结性能,从而提高竹纤维砂浆的耐久性能。
【关键词】：竹纤维 砂浆 力学性能 变形性能 湿干循环
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ177.62
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 立题依据及研究目的和意义11-12
• 1.2 竹材增强水泥基材料的发展简史12-13
• 1.3 竹纤维增强水泥基材料的国内外研究现状13-17
• 1.3.1 竹纤维的制作工艺13-14
• 1.3.2 竹纤维增强水泥基材料的力学性能14-16
• 1.3.3 竹纤维增强水泥基材料的耐久性能16-17
• 1.4 传统纤维增强水泥基材料的国内外研究现状17-20
• 1.4.1 钢纤维18-19
• 1.4.2 聚丙烯纤维19
• 1.4.3 碳纤维19-20
• 1.4.4 玻璃纤维20
• 1.5 竹纤维增强水泥基材料存在的问题20-21
• 1.6 本文研究内容和技术路线21-23
• 1.6.1 研究内容21-22
• 1.6.2 技术路线22-23
• 2 原材料性能及试验方法23-31
• 2.1 原材料性能23-26
• 2.1.1 水泥23
• 2.1.2 矿物掺合料23-24
• 2.1.3 细集料24-25
• 2.1.4 减水剂25
• 2.1.5 竹纤维25-26
• 2.1.6 水26
• 2.2 试验方法26-30
• 2.2.1 竹纤维砂浆力学性能测试26-28
• 2.2.2 竹纤维砂浆变形性能测试28-29
• 2.2.3 竹纤维砂浆湿干循环测试29-30
• 2.3 小结30-31
• 3 竹纤维砂浆力学性能研究31-53
• 3.1 水泥粉煤灰砂浆基准配合比31-32
• 3.2 搅拌工艺优化32-34
• 3.2.1 搅拌方案32-33
• 3.2.2 不同搅拌工艺对砂浆性能的影响33-34
• 3.3 力学性能结果分析34-50
• 3.3.1 抗折强度35-38
• 3.3.2 抗压强度38-42
• 3.3.3 弯曲韧性42-50
• 3.4 小结50-53
• 4 竹纤维砂浆变形性能研究53-65
• 4.1 塑性收缩性能53-57
• 4.1.1 试验配合比53
• 4.1.2 试验结果分析53-57
• 4.2 干燥收缩性能57-62
• 4.2.1 试验配合比58
• 4.2.2 试验结果分析58-62
• 4.3 小结62-65
• 5 湿干循环条件下竹纤维砂浆性能变化规律研究65-75
• 5.1 试验配合比65-66
• 5.2 试验结果分析66-74
• 5.2.1 湿干循环作用下竹纤维砂浆抗折强度变化规律67-68
• 5.2.2 湿干循环作用下竹纤维砂浆抗压强度变化规律68-69
• 5.2.3 湿干循环作用下竹纤维砂浆折压比变化规律69-71
• 5.2.4 SEM和EDS分析71-74
• 5.3 小结74-75
• 6 结论与展望75-79
• 6.1 结论75-76
• 6.2 展望76-79
• 参考文献79-87
• 致谢87-89
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果89

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本文编号：542567