水玻璃改性竹原纤维增强水泥基复合材料力学性能及耐久性研究
发布时间：2021-01-19 22:43
水泥及水泥基复合材料具有高强度、低韧性的力学特性,在外部荷载以及环境作用下易产生裂缝,这也是水泥及水泥基复合材料最主要的病害。竹原纤维具有比强度与比模量高、可再生、可降解、质轻价廉等优良特性。在水泥基复合材料中引入竹原纤维有望提高材料的抗拉强度和耐久性。结合福建竹类资源分布广泛,而竹原纤维开发不足、应用领域小的现状,本文开展竹原纤维水泥基复合材料的研究。针对竹原纤维与水泥基体之间界面结合弱的特点,对竹原纤维进行表面改性处理,以提高竹原纤维增强水泥基复合材料的力学性能与耐久性能。本文通过傅里叶红外光谱（FT-IR）等表征手段分析了竹原纤维表面化学组成;在对水泥水化过程以及水化产物分析的基础上,采用价廉的水玻璃对竹原纤维进行表面化学改性;采用X射线光电子能谱（XPS）与核磁共振（NMR）等手段表征改性前后竹原纤维表面化学组成的变化;采用扫描电镜（SEM）观测改性竹原纤维与水泥界面的微观形貌,评估其界面粘结状况;探讨了竹原纤维改性对水泥基复合材料力学性能的影响;通过干缩试验表征了水泥砂浆的体积稳定性,以毛细吸收系数表征了砂浆渗水能力,探讨了竹原纤维水泥砂浆耐久性能。得出如下主要结论:（1）竹...
【文章来源】：福建农林大学福建省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同水玻璃胶凝添加量处理的植物纤维环境扫描电镜图
2竹原纤维水泥基复合材料制备12图2-1A是没有加入水玻璃凝胶的纤维电镜图，可看出纤维表面比较光滑干净，几乎没有其它多余杂质，只有一些胶粘剂附在纤维的表面上。图2-1B可以观察到，水玻璃的加入使得凝胶与纤维胞壁上的纹孔和胶膜互相交融在一起并依附于纤维的表面。因此，水玻璃对竹原纤维表面能起到一定的防护作用，水玻璃比较容易依附在纤维表明，从而对材料力学性能起到增强作用。另一方面水玻璃经加热处理后能与纤维表面羟基发生化学反应，使得纤维吸水性降低。2.1.2改性竹原纤维制备水玻璃改性试验在水热反应釜（郑州泰远仪器设备有限公司，容量2000mL）中进行，具体步骤如下：（1）用生石灰（10.5g）泡水（730g）静置24h，得到饱和澄清石灰水备用；（2）取756g水玻璃（购自福建南平嘉联化工厂，水玻璃模数为3.4，浓度38.4%，属中性水玻璃，其中SiO2含量27.09%，Na2O含量8.13%），加饱和石灰澄清液612g，按钙硅比1：1配置成溶液。（3）竹原纤维（126g）在103℃条件下烘箱中烘6h，将烘干的纤维浸泡在配置的溶液（1378g）3min；（4）将浸泡后的竹原纤维置入水热反应釜中，再放入烘箱120℃蒸煮4h。（5）取出蒸煮完后的纤维放在尼龙过滤袋（20目）将多余的水分(948.2g)过滤掉，此时竹纤维的重量为409.4g，再用真空袋密封包装好备用。改性处理流程如图2-2所示。图2-2水玻璃改性竹原纤维流程2.2竹原纤维水泥砂浆复合材料制备
水玻璃改性竹原纤维增强水泥基复合材料力学性能及耐久性研究132.2.1原材料2.2.1.1细骨料细骨料在砂浆基体中起着填充作用，参考《普通水泥基复合材料用砂石质量及检验方法标准》JGJ52-2006，筛选出的河砂各尺寸的累计筛余量见表2-1。计算得出砂子的细度模数M=2.7，为中砂，含水率为4%。砂子的颗粒级配见图2-3。表2-1河砂的颗粒级配筛子（mm）底盘0.160.30.61.182.364.759.5累计筛余量（%）100989055261570图2-3河砂级配曲线2.2.1.2水试验用水为蒸馏水。2.2.1.3水泥水泥复合材料力学性能和耐久性主要由水泥强度等级、化学成分含量等要素控制[51]。目前土建工程中常用的水泥标号是32.5级和42.5级。本文选用建福牌P.O42.5普通硅酸盐水泥（福建水泥股份有限公司，福建永安）进行试验。对水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性、细度、密度和水泥胶砂抗压强度、抗折强度等指标进行检验，均符合国家标准，其主要化学成分见表2-2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]竹纤维微生物改性对竹塑复合材料性能的影响[J]. 熊小艺,于辉,郑遗凡,叶晓丹,钟哲科. 塑料. 2017(01)
[2]硅酸钠改性聚乙烯醇耐水涂层的制备及研究[J]. 黄培林,范天锋,王德海. 涂料工业. 2016(06)
[3]砖石质文物表面吸水性能检测初探[J]. 周萍,王永进,赵强. 文博. 2016(01)
[4]竹纤维增强混凝土的力学性能与计算方法研究[J]. 张昌,黄真,王贤栋,陈国维. 四川建筑科学研究. 2015(01)
[5]竹纤维增强矿粉-粉煤灰水泥基材料力学性能研究[J]. 毕洁夫,吴辉琴,黄月生,董健苗. 广西科技大学学报. 2014(02)
[6]水玻璃凝胶对植物纤维发泡材料抗压强度的影响Ⅱ.发泡材料制备及性能的表征[J]. 林振,牛敏,谢拥群,周建波. 福建林学院学报. 2013(04)
[7]竹钢混杂纤维混凝土的抗冲击性能试验研究[J]. 王贤栋,张昌,黄真,陈国维. 混凝土与水泥制品. 2013(10)
[8]聚合类陶瓷减水剂及我国聚合减水剂的研究进展[J]. 胡飞,熊伟. 中国陶瓷工业. 2013(03)
[9]新型纤维素纤维及其改性[J]. 李丹,田琳. 化纤与纺织技术. 2012(04)
[10]竹纤维混凝土墙板的试验研究[J]. 陈翔,张小军,贺冉. 湖南城市学院学报(自然科学版). 2012(03)
博士论文
[1]环境友好植物纤维/热固性树脂复合材料的制备及改性[D]. 刘文地.福建农林大学 2016
[2]水泥基材料水分传输的研究[D]. 沈春华.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]竹纤维增强沥青混凝土的制备与性能[D]. 贾暗明.福建农林大学 2018
[2]混杂纤维水泥基复合材料本构关系研究[D]. 丁学兵.安徽理工大学 2018
[3]纤维混凝土中纤维与水泥砂浆间界面细观力学性能试验研究[D]. 蒋津.合肥工业大学 2018
[4]改性竹原纤维水泥基复合材料制备及性能研究[D]. 支伟.福建农林大学 2017
[5]PVA-ECC自由收缩影响因素分析及模型预测研究[D]. 邱华芳.河北工业大学 2016
[6]竹纤维混凝土力学性能试验研究与耐久性分析[D]. 张昌.上海交通大学 2014
[7]混凝土湿润与干燥过程中水分传输规律研究[D]. 孙金阳.浙江大学 2012
[8]棕榈纤维的基本性能研究[D]. 李晓龙.西南大学 2012
[9]竹子在园林和建筑中应用的研究[D]. 谢元瑞.福建农林大学 2011
[10]纤维增强复合材料的应力计算与设计[D]. 杨潍.河北工业大学 2011
本文编号：2987847
【文章来源】：福建农林大学福建省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同水玻璃胶凝添加量处理的植物纤维环境扫描电镜图
2竹原纤维水泥基复合材料制备12图2-1A是没有加入水玻璃凝胶的纤维电镜图，可看出纤维表面比较光滑干净，几乎没有其它多余杂质，只有一些胶粘剂附在纤维的表面上。图2-1B可以观察到，水玻璃的加入使得凝胶与纤维胞壁上的纹孔和胶膜互相交融在一起并依附于纤维的表面。因此，水玻璃对竹原纤维表面能起到一定的防护作用，水玻璃比较容易依附在纤维表明，从而对材料力学性能起到增强作用。另一方面水玻璃经加热处理后能与纤维表面羟基发生化学反应，使得纤维吸水性降低。2.1.2改性竹原纤维制备水玻璃改性试验在水热反应釜（郑州泰远仪器设备有限公司，容量2000mL）中进行，具体步骤如下：（1）用生石灰（10.5g）泡水（730g）静置24h，得到饱和澄清石灰水备用；（2）取756g水玻璃（购自福建南平嘉联化工厂，水玻璃模数为3.4，浓度38.4%，属中性水玻璃，其中SiO2含量27.09%，Na2O含量8.13%），加饱和石灰澄清液612g，按钙硅比1：1配置成溶液。（3）竹原纤维（126g）在103℃条件下烘箱中烘6h，将烘干的纤维浸泡在配置的溶液（1378g）3min；（4）将浸泡后的竹原纤维置入水热反应釜中，再放入烘箱120℃蒸煮4h。（5）取出蒸煮完后的纤维放在尼龙过滤袋（20目）将多余的水分(948.2g)过滤掉，此时竹纤维的重量为409.4g，再用真空袋密封包装好备用。改性处理流程如图2-2所示。图2-2水玻璃改性竹原纤维流程2.2竹原纤维水泥砂浆复合材料制备
水玻璃改性竹原纤维增强水泥基复合材料力学性能及耐久性研究132.2.1原材料2.2.1.1细骨料细骨料在砂浆基体中起着填充作用，参考《普通水泥基复合材料用砂石质量及检验方法标准》JGJ52-2006，筛选出的河砂各尺寸的累计筛余量见表2-1。计算得出砂子的细度模数M=2.7，为中砂，含水率为4%。砂子的颗粒级配见图2-3。表2-1河砂的颗粒级配筛子（mm）底盘0.160.30.61.182.364.759.5累计筛余量（%）100989055261570图2-3河砂级配曲线2.2.1.2水试验用水为蒸馏水。2.2.1.3水泥水泥复合材料力学性能和耐久性主要由水泥强度等级、化学成分含量等要素控制[51]。目前土建工程中常用的水泥标号是32.5级和42.5级。本文选用建福牌P.O42.5普通硅酸盐水泥（福建水泥股份有限公司，福建永安）进行试验。对水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性、细度、密度和水泥胶砂抗压强度、抗折强度等指标进行检验，均符合国家标准，其主要化学成分见表2-2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]竹纤维微生物改性对竹塑复合材料性能的影响[J]. 熊小艺,于辉,郑遗凡,叶晓丹,钟哲科. 塑料. 2017(01)
[2]硅酸钠改性聚乙烯醇耐水涂层的制备及研究[J]. 黄培林,范天锋,王德海. 涂料工业. 2016(06)
[3]砖石质文物表面吸水性能检测初探[J]. 周萍,王永进,赵强. 文博. 2016(01)
[4]竹纤维增强混凝土的力学性能与计算方法研究[J]. 张昌,黄真,王贤栋,陈国维. 四川建筑科学研究. 2015(01)
[5]竹纤维增强矿粉-粉煤灰水泥基材料力学性能研究[J]. 毕洁夫,吴辉琴,黄月生,董健苗. 广西科技大学学报. 2014(02)
[6]水玻璃凝胶对植物纤维发泡材料抗压强度的影响Ⅱ.发泡材料制备及性能的表征[J]. 林振,牛敏,谢拥群,周建波. 福建林学院学报. 2013(04)
[7]竹钢混杂纤维混凝土的抗冲击性能试验研究[J]. 王贤栋,张昌,黄真,陈国维. 混凝土与水泥制品. 2013(10)
[8]聚合类陶瓷减水剂及我国聚合减水剂的研究进展[J]. 胡飞,熊伟. 中国陶瓷工业. 2013(03)
[9]新型纤维素纤维及其改性[J]. 李丹,田琳. 化纤与纺织技术. 2012(04)
[10]竹纤维混凝土墙板的试验研究[J]. 陈翔,张小军,贺冉. 湖南城市学院学报(自然科学版). 2012(03)
博士论文
[1]环境友好植物纤维/热固性树脂复合材料的制备及改性[D]. 刘文地.福建农林大学 2016
[2]水泥基材料水分传输的研究[D]. 沈春华.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]竹纤维增强沥青混凝土的制备与性能[D]. 贾暗明.福建农林大学 2018
[2]混杂纤维水泥基复合材料本构关系研究[D]. 丁学兵.安徽理工大学 2018
[3]纤维混凝土中纤维与水泥砂浆间界面细观力学性能试验研究[D]. 蒋津.合肥工业大学 2018
[4]改性竹原纤维水泥基复合材料制备及性能研究[D]. 支伟.福建农林大学 2017
[5]PVA-ECC自由收缩影响因素分析及模型预测研究[D]. 邱华芳.河北工业大学 2016
[6]竹纤维混凝土力学性能试验研究与耐久性分析[D]. 张昌.上海交通大学 2014
[7]混凝土湿润与干燥过程中水分传输规律研究[D]. 孙金阳.浙江大学 2012
[8]棕榈纤维的基本性能研究[D]. 李晓龙.西南大学 2012
[9]竹子在园林和建筑中应用的研究[D]. 谢元瑞.福建农林大学 2011
[10]纤维增强复合材料的应力计算与设计[D]. 杨潍.河北工业大学 2011
本文编号：2987847
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