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改性剑麻纤维增强水泥砂浆性能研究

程泽三  
【摘要】:植物纤维是一种再生资源,具有价格低廉、来源广泛,满足节能环保的发展理念等优势,而且具有节能、阻裂、增强以及改善冲击性能的作用,能够较好应用于混凝土的施工中,具有较好的发展前景。但是普通纤维的加入存在一些不足之处,比如腐蚀问题、粘结力问题以及吸水等问题,所以我对普通的纤维进行了一定的改性后再加入。因此,本文设置不同的配合比制备改性剑麻纤维水泥砂浆,研究剑麻的掺量(0、0.5%、1%和2%)和长度为0-10mm,10-20mm和20-30mm)对水泥砂浆性能的影响。再以不同纤维的掺加量、长度进行对照,将剑麻纤维浸泡于硅烷偶稀溶液中,制备改性剑麻纤维水泥砂浆,对其基本宏观性能、耐久性能进行研究,并且采用扫面电镜的方法对改性前后剑麻水泥砂浆的显微结构进行研究,分析其微观机理。研究取得如下成果:(1)对空白样、不同剑麻纤维(AE)掺量和不同剑麻纤维长度的剑麻纤维改性水泥砂浆的流动度、吸水率、抗折强度和抗压强度进行测试,研究表明:在相同的AE掺量情况下,加入AE长度越长,砂浆浆体的流动度降低,砂浆的强度随着AE掺量的增大呈现先增大后减小的趋势,AE长度为20mm对应的试件强度最大。与此同时,在相同AE长度的情况下,砂浆的流动性随着AE掺量的增大呈现逐渐减小的趋势,浆体的吸水率随着AE掺入量的增大而呈先增大而后减小,在AE掺量为1%时,吸水率达到最大。主要在于较短的剑麻纤维不能形成有效的网络结构,起到了很好润滑作用,减少了混合物之间的间隙和湍流,并向水泥砂浆中添加了液体,而剑麻的纤维长度太长、太多,在浆体搅拌的过程中会发生弯曲和不均匀的分布,降低浆体的流动性,影响浆体的力学性能。剑麻纤维吸水率较大,但剑麻纤维长度较小时,裸露表面自由基增多,增加了吸水界面,吸收的自由水含量增加,使得砂浆的吸水率增加。(2)对空白样、同剑麻纤维掺量和不同剑麻纤维长度的剑麻纤维改性水泥砂浆试件进行耐久性试验,包括抗单一硫酸盐试验、抗渗试验、抗裂试验以及偶联剂改性纤维试验。抗单一硫酸盐试验结果表明当AE长度相同时,水泥砂浆试件的质量和强度都随着AE掺量的增加呈先增大后减小的变化趋势;当AE的掺量相同时,试件的质量和强度随着剑麻纤维长度的增加也出现先增大后减小的趋势。对于抗渗试验,在相同AE掺量下,AE长度的增加,砂浆浆体的抗渗压力降低,在相同长度下随着掺量的升高而减小;当AE的长度一定的前提下,试件的抗渗能力随着剑麻纤维的掺量的增加而减小。当AE的掺加量为0.5%时,长度为10mm时浆体的抗渗压力最大。AE砂浆试件的抗裂性能方面,少量、长度较短的剑麻纤维对增强水泥砂浆的初始抗开裂性的影响更好。AE砂浆试件抗渗的能力较弱,硅烷偶联剂的加入能够提高砂浆的强度、吸水率和流动度等基本宏观性能与抗裂、抗渗、抗单一硫酸盐等耐久性能。硅烷偶联剂的加入能够提高砂浆的强度、吸水率和流动度等基本宏观性能与抗裂、抗渗、抗单一硫酸盐等耐久性能。(3)选择纤维掺量为1%,改性前剑麻纤维水泥和改性后剑麻纤维水泥砂浆试件进行对比研究,发现AE的掺加能够对浆体内部的孔隙进行有效的填充,使浆体内部的结构变得更加的密实,散在基体树脂中。同时,硅烷偶联剂可以被水解,从而形成三羟基硅烷,其中羟基团与AE基团发生一定的反应,反应形成坚固的结构,这能很好的解释其能提高和改善砂浆的力学性能和耐久性能。


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