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《武汉理工大学》 2010年
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水泥基材料热膨胀及热疲劳研究

章瑞  
【摘要】: 水泥基材料是一种非均质的多相复合材料,其中各种组成材料的热膨胀性能存在差异性。环境温度发生变化时,材料内各组分间会产生不均匀热膨胀,并产生界面热应力,导致界面出现微裂纹,严重时甚至引起结构失效。本文着重研究水泥基材料组分热膨胀性能的差异及其热相容性,观察水泥基材料在热循环作用下的热疲劳效应,并在深入研究了硬化水泥石热膨胀性能及其机理的基础上,调节材料各组分热膨胀的协调性。 试验结果表明,在20~85℃的温度范围内,硬化水泥浆的线膨胀系数是粗集料的二倍多,两者的热膨胀性能存在明显的差异。微观上,多次热循环后,热裂纹出现于界面过渡区,并且沿集料边缘方向扩展,微裂纹宽度随热循环次数增加而增大。宏观上,水泥基材料的抗压强度随热循环次数的增加而逐渐下降。 硬化水泥石的热膨胀率和热膨胀系数随水灰比的增大而减小。粉煤灰、矿粉、硅灰和偏高岭土等矿物掺和料的加入,均可不同程度的降低硬化水泥石的热膨胀率和热膨胀系数,其降低程度随矿物掺和料掺量的增加而增大。掺加碳纤维或聚丙烯纤维,对水泥石热膨胀的限制作用大致相当。聚合物乳液对硬化水泥石的热膨胀性能的限制作用,因其种类和性质的不同而改变。 硬化水泥石的热膨胀系数随着水灰比的增大而不断降低,主要是由于水灰比的增大导致水泥石内孔隙增多,较多的孔隙为材料的膨胀提供了较大的缓冲空间。矿物掺和料的掺入可降低水泥浆体Ca(OH)2(CH)含量并改变其孔隙率,从而有效的限制硬化水泥石的热膨胀性能,其中CH含量对水泥石热膨胀性能的影响大于孔隙率的影响。纤维对硬化水泥石热膨胀性能的限制作用,主要是由于纤维具有较低的热膨胀系数,并且纤维与水泥浆体黏结成一体相互约束。聚合物的种类、掺量都会不同程度的降低水泥石的热膨胀率和热膨胀系数,这是由于聚合物在C-S-H凝胶和未水化水泥颗粒表面形成了一层密实的聚合物薄膜,并且增强材料韧性,从而降低水泥石自身的热膨胀系数。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU528

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【参考文献】
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