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《重庆大学》 2004年
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玻璃纤维增强普通硅酸盐水泥耐久性研究

曹巨辉  
【摘要】:玻璃纤维增强水泥(Glass Fiber Reinforced Cement,GRC)是以玻璃纤维为增强材料,以水泥净浆或水泥砂浆为基体而形成的一种复合材料。作为一种新型的复合材料,GRC自问世以来就得到不断发展,已广泛应用于各个领域。但是,由于GRC的长期性能尤其是在潮湿环境下韧性降低的问题还没有得到根本的解决,使其应用领域和范围受到很大限制。多年来,不少国内外学者一直致力于GRC长期性能下降的机理及耐久性改善措施的研究,采取了诸如使用低碱度水泥及活性掺合料改性普通硅酸盐水泥等技术措施。但低碱度水泥存在成本太高,水泥生产厂家较少的缺点。而使用活性掺合料改善用普通硅酸盐水泥做基体的GRC耐久性时,又会带来GRC的早期强度过低及脱模时间过长的问题。 本研究主要解决以下问题:①研究通过加入掺合料、外加剂解决玻璃纤维增强普通硅酸盐水泥耐久性问题;②研究解决玻璃纤维增强普通硅酸盐水泥早期强度偏低及脱模时间过长的问题;③确立适合于评定玻璃纤维增强普通硅酸盐水泥耐久性的试验方法。 GRC耐久性影响因素研究表明,使用粉煤灰、硅灰等活性掺合料对普通硅酸盐水泥GRC耐久性的改善是有效的。其中以粉煤灰50%、硅灰10%取代普通硅酸盐水泥的试验组,无论是试验室标准养护或是加速老化试验都表现出最优的耐久性。粉煤灰的品质尤其是其细度对GRC长期耐久性产生重要影响,磨细粉煤灰和硅灰对GRC长期耐久性的正向影响很大,是后期抗折、抗压强度提高的重要因素,二者之中,硅灰的贡献更大。另外,玻璃纤维化学成分中二氧化锆含量、玻璃纤维品种、玻璃纤维长度及掺量等因素对加速老化条件下GRC强度都有重要影响。在其它条件相同的情况下,使用高锆耐碱玻纤的效果更好。 采用早强剂可显著提高GRC的早期强度。提高粉煤灰细度也可提高GRC的早期强度,粉煤灰细度越细,GRC早期强度提高越显著。对于1天强度,随着硫酸钠掺量的增加,无论是抗折强度还是抗压强度都有明显的提高。加1.5%硫酸钠的GRC抗折强度比不加的GRC抗折强度高出70%以上,抗压强度高出24%以上。硫酸钠虽然会增加GRC的早期强度,但对后期耐久性有不利的影响,即硫酸钠会降低GRC老化后期强度。磨细粉煤灰、硅灰和早强剂复合使用要比采用单一措施对早期强度提高更多,复合措施的增强效果不是机械磨细粉煤灰增强效果与化学激发剂增强效果的简单叠加,而是高于两者增强效果之和。 加入速凝剂后,试件的可拆模时间比不加速凝剂的普通硅酸盐水泥试件大大缩短,且随着速凝剂掺量的增加,试件的可拆模时间趋短。虽然速凝剂可大大缩短试 重庆大学博士学位论文 件的可拆模时间,但其对试件的早期强度(ld)增强效果不明显。速凝剂掺量不大 于胶凝材料总量的1 .5%时,GRC试件在80℃热水中加速老化n天强度不下降;当 速凝剂掺量达3%或速凝剂、硫酸钠掺量各1 .5%时,加粉煤灰或硅灰GRC试件组抗 折强度在加速老化7天后强度出现下降趋势。 预养护时间越长,基体在加速老化前的水化过程就越充分,就越能反映实际的 物理侵蚀及化学侵蚀对强度值的影响。推荐使用预养护28天的实验方法。50℃和 80℃水温加速老化过程相比较,50℃水中基体的水化过程更接近实际情况,结论也 更偏于安全,与自然老化过程更吻合,但所需周期较长。 SEM、光学显微镜对GRC中玻璃纤维表面形貌的观察进一步证实了玻璃纤维 在粉煤灰、硅灰改性普通硅酸盐水泥基体中,即使长时间也不会受到侵蚀,表现出 很好的耐久性。浆体PH值的测试分析以及X射线衍射图谱表明,无论是标养7d、 28d、365d或是加速老化3d,普通硅酸盐水泥水化后含有大量的Ca(0均2;掺有粉 煤灰和硅灰的试样X射线衍射图谱中对应的C抓0均:衍射峰很低,不像普通硅酸盐 水泥试样x射线衍射图谱对应的C或O娜:峰那么尖锐,进一步证实了Ca(O雌是对 玻璃纤维造成腐蚀的主要原因。 加速老化试验和微观分析试验结果表明,当玻璃纤维受到严重腐蚀时,GRC试件 的抗折和抗压强度都将低于基体强度值,强度损失的幅度与玻璃纤维腐蚀程度相关。 对这一现象的合理解释是:GRC材料的韧性随着玻璃纤维的腐蚀程度不断加重而不 断下降,当玻璃纤维受到一定程度的腐蚀后,本应起增强作用的玻璃纤维变成了材 料中的缺陷,GRC试件由于材料缺陷的不断发展而导致脆性断裂破坏。 关键词:GRC,粉煤灰,玻璃纤维,加速老化,耐久性
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TQ172

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