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水泥基复合材料弯曲性能及改性机理研究

于辰龙  
【摘要】:本文研究了压力成型工艺对水泥弯曲性能(弯曲强度、弹性模量、挠度)的影响;然后分别比较和讨论了无机增强材料(硅溶胶等)和高聚物增强材料(聚乙烯醇、叔碳酸乙烯酯共聚乳液等)对水泥的改性效果和增强机理。研究结果显示: 1.纯水泥(60MPa成型)试样的弯曲强度为16.3MPa,比成型压力为20MPa时,提高了60%。由于成型压力改变了水泥的尺寸和内部结构、致密度,成型压力对水泥的弯曲强度影响较大。 2.适量添加硅溶胶可使水泥的弯曲强度上升115%。挠度提高了约一倍。分析认为其纳米SiO_2胶粒,有效填充了水泥孔隙,能较好的改善水泥的弯曲性能。硅灰石复合水泥(20MPa成型)弯曲强度比纯水泥提高约一倍,其增强水泥的最大挠度为0.25mm。根据实验及理论分析,硅质微粒增强材料的合理用量约2%~4.7%。 3.聚氨酯对水泥增强效果有限,随着聚氨酯含量增大,水泥弹性模量大幅下降,但它使水泥的挠度显著增加,最大值为7mm。PVA复合水泥(20MPa成型)弯曲强度比纯水泥试样高115%。挠度提高1-2倍,按照本文中的分析,PVA可以很好的吸收水泥基体水化过程的应力,并与基体紧密结合。叔碳酸乙烯酯共聚乳液混合体系使水泥弯曲强度提高316.7%。挠度提高268%。扫描电镜显示其试样断口非常致密。其对水泥的增强作用非常显著。本文的机理认为,乳液混合体系在基体中形成了坚韧的界面,有明显增强效果。 20MPa成型,24h养护的聚乙烯醇、叔碳酸乙烯酯共聚乳液混合体系、硅溶胶等增强材料的复合水泥弯曲性能达到或超过了纯水泥(60MPa成型)的弯曲性能。无机微粒增强水泥的平均挠度为0.158mm,高聚物增强水泥的平均挠度为0.754mm。聚合物复合水泥有较大的变形能力。无机微粒增强水泥平均弹性模量为4806.6MPa;高聚物增强水泥平均弹性模量为3739.3MPa。高聚物对水泥的柔性影响较大。 提高成型压力后,聚合物复合水泥弯曲强度改变显著,无机微粒复合水泥弯曲强度的变化不大。由此可见,无机微粒主要靠微集料效应增强水泥,而聚合物复合水泥弯曲强度的提高主要是由于界面结合效果的改善。


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