废弃织物增强型水泥基复合透水砖的研制与性能分析
发布时间：2019-09-17 14:15
【摘要】：透水性路面有助于空气和水分流通、消除热岛效应、吸声降噪。水泥基透水砖制作简便、成本低廉,但由于其强度较低,影响了该透水砖的推广应用。涤纶作为用量最大的合成纤维,由于不能自然降解,其废弃物的处理是一个难题。针对以上问题,本文选择涤棉混纺织物和涤纶纯纺织物作为增强体制备水泥基复合透水砖,以期在为涤纶制品的废弃物开辟有效回收利用途径的同时,改善水泥基透水砖的性能。本文首先对废弃织物进行切割、开松并进行亲水性预处理,然后采用水泥浆预拌法对一定粒径的骨料、水泥、减水剂、增强织物进行搅拌,并采用静压工艺加压成型之后进行密封养护获得废弃织物增强型水泥基复合透水砖。考察各工艺参数包括骨料粒径、骨灰比、水灰比、织物掺加比例与形态、养护条件对透水砖抗压强度和透水性能的影响,并确定最佳工艺参数。采用复合材料理论、纤维间距理论、混凝土结构相关理论分析了织物复合透水砖的压缩破坏机理；研究了织物掺加比例、织物尺寸、纺材形态对透水砖压缩特性包括受压后破坏状态、载荷-位移曲线特点、抗压强度、断裂能等指标的影响；根据透水砖的压缩特性重新定义了其压缩韧性指数I2、I3.5、I5以考察掺加织物对复合透水砖压缩韧性的影响；对透水砖的应力-应变曲线进行非线性拟合,求取拟合方程,对其参数进行聚类分析,评价不同制备条件下复合透水砖应力应变曲线的差异。自制透水系数测定仪,并考察织物掺加比例、织物尺寸、纺材形态对复合透水砖透水系数、保水系数和蒸发强度的影响,并对蒸发强度变化曲线进行非线性拟合,对拟合方程参数进行聚类分析。此外,为考察复合透水砖的环保功能,对普通砖、普通透水砖、复合透水砖在模拟太阳辐照条件下的温度变化和吸声效果进行比较研究。结果表明：(1)与撕扯开松相比,进行简单切割后织物损伤较小。织物经开松分解后获得的再生纤维表面出现划痕,纤维长度由28～33mm缩减到13～18mm；涤棉织物所得再生棉纤维强力大幅度下降(60%以上),伸长大幅度提高(70%以上),所得再生涤纶纤维断裂强力变化幅度较小(10%左右),断裂伸长下降幅度较大；而由纯涤纶织物所得的再生涤纶纤维受损严重,强伸性能均大幅下降(50%左右)。再生纤维存在卷曲且相互缠结,很难将其分离成单根独立状态。TFF-5型纤维改性剂可有效改善试样的亲水性,同等条件下涤棉试样吸湿性能大于涤纶试样。(2)复合透水砖呈蜂窝状结构,内部具有较多较大的孔隙,透水砖通过内外贯通的孔隙获得透水性,但骨料接触点处易产生严重的应力集中现象。将碎片状废弃织物与骨料、水泥加水拌合制备成织物复合透水砖,适量织物可减少水泥浆体的泌水性,并对骨料起承托作用,不仅保证透水砖内部的连通孔隙,还可以起到阻碍裂缝延展的作用,提高其复合透水砖的强度、韧性和延展性。(3)随着骨料粒径增大,复合透水砖抗压强度减小,而透水系数先增大后减小；随着水灰比增大,复合透水砖抗压强度先增大后减小,透水系数减小；随着骨灰比增大,骨料颗粒表面水泥浆厚度减薄,孔隙率增加,透水系数增大而抗压强度降低；(4)随着织物掺加体积分数的增加,复合透水砖抗压强度先增大后减小,在体积分数为2%时达到最大值；随着体积分数的增加,复合透水砖载荷位移曲线下降段陡峭程度减小,逐渐趋于平坦,曲线长度增加,残余应力提高,韧性指数和断裂能都呈现逐渐增加的趋势,说明复合透水砖的延性随着织物掺加体积分数的增大而增大；随着织物掺加体积分数的增加,复合透水砖的孔隙率增大,透水系数和保水系数也逐渐增大。(5)织物体积分数≤2%时,涤棉复合透水砖抗压强度大于涤纶复合透水砖,孔隙率、透水系数和保水性略小于涤纶复合透水砖,但二者相差不大；织物体积分数2%时,涤棉复合透水砖内部孔隙更多更大,其抗压强度小于涤纶复合透水砖,而孔隙率、透水系数和保水系数均大于涤纶复合透水砖：当掺加体积分数较大(6%)时,涤棉复合透水砖(6%)的蒸发强度明显小于涤纶复合透水砖(6%)。(6)随着织物尺寸增大,复合透水砖抗压强度呈下降趋势,而韧性指数和断裂能都趋于增大,而透水系数和保水系数呈下降趋势,但变化幅度不大。(7)掺加同等质量的织物(体积分数0.5%)和再生纤维制备复合透水砖,织物复合透水砖抗压强度优于纤维复合透水砖,而韧性指数和断裂能低于纤维复合透水砖,说明纤维对透水砖延展性的改善效果更好；在掺加质量相等时,纤维复合透水砖的孔隙率更大,其透水系数大于织物复合透水砖。(8)对不同种类织物复合透水砖的压缩应力-应变曲线和蒸发强度变化曲线进行非线性拟合,其相关系数分别大于0.90、大于0.97,说明拟合效果均较好；对拟合方程参数进行聚类分析,可将压缩应力-应变曲线、蒸发强度变化曲线各分为2类,分类结果与实测数据分析相符。(9)透水砖具有吸热快放热也快的热物理性能；和不透水砖、普通透水砖相比,在透水砖中掺加织物可在一定程度上改善透水砖内部的孔隙连通效果,增大孔隙率,因此复合透水砖的吸放热速率更大。(10)透水砖的密集“蜂窝”状结构有助于吸收噪声,而掺加织物制备复合透水砖可保证砖内的连通孔隙,增大孔隙率,因而对于噪声的吸收能力也较强。(11)本文实验条件下,织物复合透水砖的最佳制备工艺条件为：采用42.5级硅酸盐水泥、粒径为5～10mm的碎石作为骨料、水灰比0.3、骨灰比4.0、减水剂质量分数2%、以体积分数2%的3mm×3mm方片状织物作为增强体,采用水泥浆预拌法搅拌后静压成型,再经过28d密封湿养护。所得复合透水砖抗压强度可达35.96MPa,与普通透水砖相比提高21.9%,透水系数可达0.267mm/s,比普通透水砖提高1.15倍。
【图文】：
断裂强力也大于络绝短纤纱。逡逑将织物剪成约２姦Ｘ２姦见方的小块，由双面胶固定在样品台上，喷金，采逡逑用环境扫描电子显微镜观察两种废弃织物的表面状态，结果如图２－１所示。逡逑＆}v逡逑（ａ，，）冻棉织物（１２０倍）逦（ａ２）洛棉织物（５００倍）逦（ａ；）练棉织物（２邋０００倍）逡逑W ＨＢ逡逑（ｂｉ）冻绝织物（１２０倍）逦（ｈ）冻给织物（５００倍）逦（ｂ３）综绝织物（２邋０００倍）逡逑图２－１织物表面形态观察逡逑比较图２－１中}忝薹掀锖屯烤掀锏谋砻孀刺桑卓闯觯簘忝拗义衔锉砻嫔⑾宋隙啵砻媪杪也还还饣宋嫌腥净铣粱Ｓ胪棵拗锵啾龋义下寰锉砻娓饣耄馐怯捎诒疚乃脈憔镏兴蒙聪呶上撸藻义仙粗邢宋脑际Ω浚聪弑砻娓饣鹕伲挥雧忝拗锵嗤谙宋义媳砻嬉部桑卓吹饺净铣粱幌宋砻嬗星嵛⒒郏徊糠窒宋砻嬗泄挡邸ｅ义希保稿义
本文编号：2536910
【图文】：
断裂强力也大于络绝短纤纱。逡逑将织物剪成约２姦Ｘ２姦见方的小块，由双面胶固定在样品台上，喷金，采逡逑用环境扫描电子显微镜观察两种废弃织物的表面状态，结果如图２－１所示。逡逑＆}v逡逑（ａ，，）冻棉织物（１２０倍）逦（ａ２）洛棉织物（５００倍）逦（ａ；）练棉织物（２邋０００倍）逡逑W ＨＢ逡逑（ｂｉ）冻绝织物（１２０倍）逦（ｈ）冻给织物（５００倍）逦（ｂ３）综绝织物（２邋０００倍）逡逑图２－１织物表面形态观察逡逑比较图２－１中}忝薹掀锖屯烤掀锏谋砻孀刺桑卓闯觯簘忝拗义衔锉砻嫔⑾宋隙啵砻媪杪也还还饣宋嫌腥净铣粱Ｓ胪棵拗锵啾龋义下寰锉砻娓饣耄馐怯捎诒疚乃脈憔镏兴蒙聪呶上撸藻义仙粗邢宋脑际Ω浚聪弑砻娓饣鹕伲挥雧忝拗锵嗤谙宋义媳砻嬉部桑卓吹饺净铣粱幌宋砻嬗星嵛⒒郏徊糠窒宋砻嬗泄挡邸ｅ义希保稿义
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