高流动性超高强纤维增强水泥基材料的制备及性能研究

摘要

近年来，矿物掺合料对水泥基材料性能尤其是力学性能及耐久性能的贡献已经逐步为广大研究工作者所认可。为发挥各种矿物掺合料（硅灰、普通矿粉及超细矿粉）的优势，制备高强度及超高强度水泥基复合材料，以矿物掺合料复掺进行系列研究已经被推向水泥基复合材料研究热潮中。本文采用了超细矿粉与硅灰两种矿物掺合料的复掺来制备高流动性、超高强度的水泥基复合材料，将纤维增强高性能水泥基材料应用为纤维增强水泥基板材，开展了初步的性能研究。主要工作内容如下:
　　 选用硅灰、普通矿粉及超细矿粉对水泥基材料流动性能进行研究，分别通过流动扩展度试验和流变学性能试验分析水泥基材料的流动性能。结果表明，具有粒径分布适中、表面粗糙且呈极性特性的超细矿粉能显著降低水泥基浆体的屈服应力与塑性粘度，大幅度提高了流动性能，且硅灰与超细矿粉复掺时对水泥基材料的流动性能影响较小。因此，超细矿粉与硅灰复掺可用来制备高流动性水泥基复合材料。选用不同流体模型对流变学数据进行拟合效果分析时得出，HershelBulkley(赫-巴流体)模型适用于描述低水胶比水泥基浆体与砂浆的流变学行为，可用来拟合流变学方程与计算流变学性能参数。
　　 选用硅灰、普通矿粉及超细矿粉制备水泥基材料，分析对比了三种矿物掺合料对水泥基材料力学性能的影响，通过XRD、BET及化学结合水含量分析硬化水泥基浆体的水化产物、孔径分布与孔隙率及水化程度。分析结果显示，与普通矿粉及硅灰相比，超细矿粉具有较高的水化活性，能加快水泥水化及二次水化反应速率;BET试验分析结果说明同龄期时掺加超细矿粉浆体的最可几孔径与累积孔隙率均小于掺加普通矿粉浆体及纯水泥浆体。化学结合水含量分析发现，蒸汽养护制度能显著提高水化程度，但是降低了后期水泥水化反应速率。超细矿粉具有水化活性高，在水泥材料中细化孔径、增加材料密实度，提高水泥基材料强度，可用于制备高强度及超高强度的水泥基复合材料。
　　 选用不同体积掺量的微细钢纤维，经两种不同养护制度制备高韧性、超高强度纤维增强水泥基复合材料。通过力学性能研究发现，钢纤维掺量为1.5％时，蒸汽养护制度下试件28d抗压强度达157MPa;在标准养护制度下28d达到了135MPa;通过板材的抗弯性能、拉伸性能研究发现，微细钢纤维能显著提高水泥基材料的弯曲韧性。当纤维体积掺量为1.5％，试件的初裂挠度比基准试件提高了171％，初裂强度提高了168％;微细钢纤维能显著提高水泥基材料的拉伸性能，M2-1.5A相对M2A的开裂强度增长率达到144％，抗拉强度增长率高达127％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状与存在的问题

1．2．1 国内外研究现状概述

1．2．2 存在问题

1．3 研究意义

1．4 研究内容

1．5 研究目的及创新点

1．5．1 研究目的

1．5．2 课题创新点

第二章 原材料、配合比及试验方法

2．1 原材料

2．1．1 水泥

2．1．2 矿物掺合料

2．1．3 集料

2．1．4 化学外加剂

2．1．5 纤维

2．1．6 水

2．2 试验配合比

2．2．1 矿物掺合料单掺水泥基净浆配合比

2．2．2 矿物掺合料复掺水泥基净浆配合比

2．2．3 水泥基砂浆的基准配合比

2．2．4 纤维增强高性能水泥基材料基准配合比

2．3 试验方法

2．3．1 流动扩展度试验方法

2．3．2 抗折、抗压强度试验方法

2．3．3 水泥基材料流变学性能测试

2．3．4 微观性能测试方法

2．3．5 化学结合水含量

2．3．6 板材力学性能试验方法

第三章 高性能水泥基材料的流动性能

3．1 高性能水泥基复合材料的流动扩展度试验

3．1．1 水泥基净浆的流动扩展度

3．1．2 水泥基砂浆的流动扩展度

3．2 高性能水泥基复合材料的流变学性能试验

3．2．1 水泥基净浆的流变学性能

3．2．2 胶砂比对水泥基材料流变学性能的影响

3．3 结果讨论与小结

3．3．1 结果讨论

3．3．2 本章小结

第四章 高性能水泥基材料力学性能及微观机理分析

4．1 水泥基浆体的力学性能

4．1．1 单掺矿物掺合料对浆体力学性能的影响

4．1．2 复掺矿物掺合料对浆体力学性能的影响

4．2 养护制度对水泥基材料力学性能的影响

4．3 水泥基复合材料的微观分析

4．3．1 浆体的XRD分析试验

4．3．2 硬化水泥基材料的BET试验

4．3．3 养护制度对水化程度的影响分析

4．4 结果讨论与小结

4．4．1 结果讨论

4．4．2 本章小结

第五章 高性能纤维增强水泥基复合材料的制备及应用初探

5．1 高性能纤维增强水泥基材料的制备

5．1．1 高性能纤维增强水泥基材料纤维种类及掺量的优选

5．1．2 高性能纤维增强水泥基材料的力学性能

5．2 高性能纤维增强水泥基材料用作板材的性能研究

5．2．1 纤维增强板材的静态弯曲性能

5．2．2 纤维增强板材的拉伸性能

5．2．3 微细钢纤维对水泥基板材韧性影响分析

5．3 结果讨论与小结

5．3．1 结果讨论

5．3．2 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文