纤维增强高韧性水泥基材料设计与性能研究

摘要

现代建筑对建筑材料性能的要求越来越高，传统混凝土的发展由于其脆性大、韧性差的原因受到了很大的限制，混凝土的服役寿命和安全性问题日益突出。因此，研究高韧性水泥基材料，提高混凝土的柔韧性和弯曲变形能力，对于提高现代建筑结构的服役寿命和服役安全性具有重要的意义。
　　本论文针对传统混凝土刚度大、柔韧性差的问题，开展丁苯乳液改性钢纤维混凝土、PVA纤维增强高韧性水泥基材料的制备技术、材料设计和性能研究。通过丁苯乳液、钢纤维的复合掺入来达到同时增加传统混凝土基体柔性、混凝土开裂后钢纤维与混凝土粘结强度的效果来达到增强混凝土韧性的目的，并通过扫描电镜、孔隙率测试等微观测试技术解释增韧原理；并从试验原材料性质出发，通过对原材料的预先处理、混合料搅拌工艺的选取，制备具有较高弯曲变形能力、能产生多缝开裂现象的PVA纤维增强高韧性水泥基材料，并评价不同配比水泥基材薄板和梁的弯曲韧性指数，观察裂纹的开裂形式；最后试验了两种高韧性水泥基材料复合使用的状态。得出以下结论：
　　1、丁苯乳液能改善新拌混凝土、新拌钢纤维混凝土的工作性能；混凝土的抗压强度随着丁苯乳液掺量的增加而显著降低，但其抗折强度随着丁苯乳液的增加而提高；15％的丁苯乳液与1%的钢纤维复掺，能明显提高混凝土的抗折强度、抗冲击韧性以及弯曲韧性。
　　2、显微硬度分析仪显示：15%的丁苯乳液改善了养护28d混凝土集料-浆体界面过渡区显微硬度；利用扫描电子显微镜观察了聚合物混凝土的微观结构，以及钢纤维从普通混凝土、聚合物混凝土中拔出后其表面形貌以及凹槽区微观形貌，结果表明：丁苯乳液在混凝土中交织成膜，增加了浆体、浆体-集料的致密性，增强了钢纤维与混凝土之间的界面粘结强度。
　　3、丁苯乳液使混凝土分级进汞量波峰左移；在孔径为100nm-1000nm范围内的孔隙率提高；连续的聚合物网状膜结构连通较大的毛细孔，使大孔分割成封闭的小孔，在孔径大小＜10nm的凝胶孔区域范围内的凝胶孔孔隙率增大；空气养护下，由于干燥收缩出现大量裂纹，在大毛细孔即孔径＞100nm区域范围内，孔隙数量相对于标准养护时明显增加。
　　4、选取粉煤灰做矿物掺合料，PVA纤维表面用硅油处理、纤维预分散处理的水泥基薄板能达到10.7mm的弯曲变形量，有明显的裂缝展开阶段，纤维的滑移是水泥基材获得变形能力的重要原因；掺入丁苯乳液的水泥基材料弯曲性能降低，板材厚度是决定弯曲变形量和裂缝形态的主要因素。
　　5、PVA高韧性水泥基材料保护层能将内部普通混凝土的裂缝分散成许多微小的裂缝，两种材料复合使用具有良好的应用前景。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状与发展水平

1.3研究目标与内容

1.4研究方法与技术路线

第2章 丁苯乳液改性钢纤维自密实混凝土的制备与研究

2.1原材料

2.2试验过程

2.3新拌混凝土工作性能测试

2.4力学性能分析

2.5本章小结

第3章 丁苯乳液改性钢纤维混凝土韧性与微观结构分析

3.1混凝土抗冲击韧性结果分析

3.2混凝土弯曲韧性结果分析

3.3界面过渡区显微硬度分析

3.4界面区微观形貌分析

3.5孔隙率分析

3.6自然养护下混凝土性能分析

3.7 本章小结

第4章 PVA纤维增强高韧性水泥基材料

4.1试验原材料及处理

4.2实验过程

4.3砂浆力学性能测试

4.4纤维掺量对高韧性水泥基材料性能影响

4.5本章小结

第5章 丁苯乳液对PVA纤维增强水泥基材料的影响

5.1试验过程

5.2力学性能分析

5.3弯曲韧性分析

5.4复合梁弯曲变形分析

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录