国产高强高模聚乙烯醇纤维的表面改性及其复合材料的界面调控

摘要

本文从提高水泥基复合材料的韧性出发，并考虑到环保和节约能源的问题，采用大掺量的粉煤灰（质量比60％）来替代水泥的用量，并采用低掺量的PVA纤维（体积比≤2％）制备PVA纤维增韧水泥基复合材料。研究了PVA纤维表面上浆和润滑处理对纤维力学性能（浸润性、力学性能、表面特征）和水泥基复合材料抗压、抗弯力学性能的影响，并通过单纤维抽拔、断面观察等手段，研究了表面处理前后PVA纤维和水泥基体之间的界面粘结和纤维在水泥中的分散情况。
　　通过实验分析，得到如下结论:
　　1) SEM照片显示，分别经过不同含量上浆剂和润滑剂处理的PVA纤维表面，没有了竖状沟壑，表面附着了一层膜。
　　2) PVA纤维经过上浆剂含量(100g/L)处理后，PVA纤维上浆率、纤维接触角、纤维抗拉强度分别为1.9％，84.1°，1700.8MPa，大大降低了PVA纤维的亲水性。PVA纤维经过润滑剂含量(100g/L)处理后，PVA纤维增重率、纤维接触角、纤维抗拉强度分别为1.5％，68.5°，1696.3MPa，在一定程度上降低了纤维的亲水性。经过上浆和润滑处理后，PVA纤维的强度下降2％，模量下降14％，断裂伸长率增加20％。
　　3) PVA纤维增韧水泥试样的抗压试验表明，可知PVA纤维表面分别经过上浆剂和润滑剂的处理，随着上浆剂和润滑剂含量的不断提高，其纤维增强水泥试样的抗压强度有一定的下降。PVA纤维分别经过含量(100g/L)上浆剂和含量(100g/L)的润滑剂处理时，其纤维增强水泥的抗压强度，仍可以达到20MPa左右，保持了一定的抗压强度。
　　4) PVA纤维增韧水泥的三点弯曲试验表明，可知PVA纤维表面分别经过上浆剂和润滑剂处理，随着上浆剂和润滑剂含量的不断提高，其纤维增韧水泥试样的抗折强度总体呈下降的趋势。PVA纤维表面分别经过上浆剂含量(100g/L)和润滑剂含量(100g/L)时，在保持一定的抗折强度的同时，其纤维增强水泥的断裂韧性最好。结合PVA纤维增强水泥试样的裂纹扩展特征，可知随着上浆剂和润滑剂含量的提高，PVA纤维增强水泥试块裂缝从一条增加了三条以上，其中分别经过上浆剂含量(100g/L)和润滑剂含量(100g/L)处理的PVA纤维增强水泥试样，它们分别出现了许多微小的裂纹，更加说明了经过上浆剂含量(100g/L)和润滑剂含量(100g/L)处理的PVA纤维水泥基试样，其韧性得到了明显的改善。
　　5)通过PVA单根纤维抽拔测试，随着上浆剂和润滑剂含量的不断提高，其纤维增韧水泥试样界面强度、脱粘能量、滑移硬化系数，总体呈现下降的趋势。可知PVA纤维经过上浆剂含量(100g/L)处理时，其纤维与水泥之间的粘结对提高其纤维增韧效果最好，其纤维界面强度1.7MPa，脱粘能量为1.8J/m2，滑移硬化系数为0.5。与此同时，PVA纤维经过润滑剂含量（100g/L）处理时，其纤维水泥之间的粘结对提高PVA纤维增韧效果也最好，其纤维界面强度1.8MPa，脱粘能量为1.9J/m2，滑移硬化系数为0.4。结合PVA纤维增强水泥的断裂形貌，可知PVA纤维在分别经过上浆剂含量(100g/L)和润滑剂含量(100g/L)时，纤维在水泥基体中有良好的分散性，且有适合的粘结力，使在水泥中大部分纤维被抽拔出来，PVA纤维增强水泥的韧性得到了明显的改善。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 混凝土韧性研究现状

1．2．1 提高混凝土韧性是其高性能化的必然要求

1．2．2 混凝土的增韧是提高其抗裂性能和耐久性能的必由之路

1．3 增韧混凝土的常用技术路线及研究现状

1．4 纤维增强水泥基复合材料的研究和应用

1．4．1 纤维增强水泥基复合材料的定义

1．4．2 纤维增韧原理

1．4．3 目前应用的纤维

1．4．4 纤维增韧水泥基复合材料的发展过程

1．4．5 超高韧性水泥基复合材料(ECC)的特点

1．5 聚乙烯醇纤维增韧水泥基复合材料的国内外研究现状和应用

1．5．1 聚乙烯醇纤维的特点

1．5．2 PVA纤维增韧水泥基复合材料的国外研究现状

1．5．3 PVA纤维增韧水泥基复合材料的国内研究现状

1．6 课题研究的意义和研究内容

1．6．1 课题的研究目的

1．6．2 课题的研究内容

第2章 实验部分

2．1 实验方法与仪器

2．2 实验方法

2．2．1 纤维预处理

2．2．2 上浆剂和润滑剂的制备

2．2．3 纤维表面改性处理

2．3 PVA纤维的表征

2．3．1 表面形貌

2．3．2 静态接触角

2．3．3 PVA纤维的力学性能测试

2．4 PVA纤维增韧混凝土试件的制备

2．4．1 混凝土基本配合比

2．4．2 试件制备

2．4．3 试件养护

2．5 试件测试方法

2．5．1 抗压强度测试标准方法

2．5．2 抗折强度测试标准方法

2．5．3 纤维抽拔测试

2．6 PVA纤维增韧混凝土试件表征

2．6．1 复合材料的断裂形态

2．6．2 复合材料的裂纹扩展特征

2．7 表面处理优化方案

第3章 PVA纤维表面处理

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 聚乙烯醇纤维的表面形貌

3．2．2 聚乙烯醇纤维的浸润性能

3．2．3 聚乙烯醇纤维的力学性能

3．3 本章小结

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 PVA纤维增强水泥的力学性质

4．2．2 PVA纤维增韧水泥试样的弯折裂纹扩展特征

4．2．3 单纤维抽拔临界长度的测定

4．2．4 PVA单纤维抽拔试验

4．2．5 PVA纤维增韧水泥的断裂形貌

4．3 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

硕士期间发表论文情况

致谢