增強(qiáng)材料對(duì)聚合物混凝土性能的影響
1 試驗(yàn)材料及方法
本試驗(yàn)采用最佳配比即骨料、填料和粘接劑按8∶1∶1 混合使用。其中粗、細(xì)骨料采用最佳配比63∶37[1 ]的高強(qiáng)度花崗巖,粘接劑配方如表1 所示
表1 粘接劑配方
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環(huán)氧膠 |
增韌劑 | 固化劑 | ||||
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E - 44 | DBP | JA - 1 | ||
| 份數(shù) | 30 | 70 | 14 | 18 | ||
PC 制作工藝如圖1
圖1 PC 制作工藝
分別采用水泥、粉煤灰、Al2O3粉末、CaO 粉末、玻璃纖維作填料,按上述工藝澆注成
2.11 填料對(duì)PC性能影響
在環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑、樹(shù)脂混凝土中均加入填料以改善其性能,從復(fù)合材料角度分析,填料實(shí)際為一種增強(qiáng)材料。本文采用五種不同填料制取試樣,性能測(cè)試如表2。
表2 填料對(duì)PC性能影響
| 試樣組 | 填料 | 固化7天抗強(qiáng)度/ MPa | 固化7天抗折強(qiáng)度/ MPa | 固化7天抗折強(qiáng)度/ MPa |
| 1 | 水泥 | 27.7 | 56.5 | 85.5 |
| 2 | 粉煤灰 | 23.8 | 62.1 | 83.8 |
| 3 | 氧化鋁 | 19.7 | 59.5 | 71.6 |
| 4 | 氧化鈣 | 23.1 | 63.5 | 43.7 |
| 5 | 玻璃纖維 | 17.0 | 55.8 | 64.8 |
從表2 中數(shù)據(jù)可看出,在固化前期水泥和粉煤灰對(duì)提高PC抗折強(qiáng)度有明顯優(yōu)勢(shì),而在后期對(duì)提高PC材料抗壓強(qiáng)度也有很大優(yōu)勢(shì)。綜合考慮,水泥和粉煤灰是比較理想的填料。水泥和粉煤灰極為相似,是吸濕性材料。當(dāng)水泥(或粉煤灰) 與粘結(jié)料充分混合,由于水泥的吸濕性使得粘結(jié)料的粘度提高,水泥與粘結(jié)料形成顆粒膠體,增大了膠體有效粘接面積,包裹在骨料的表面,并填充在骨料的空隙中。在固化前,水泥起到了潤(rùn)滑作用,使膠結(jié)料盡可能與骨料均勻混合。硬化時(shí),水泥顆粒與骨料、膠結(jié)料三者粘結(jié),減小了孔隙率,提高了PC 試樣的強(qiáng)度。而CaO、Al2O3 粉末本身價(jià)格較貴,作填料制取的PC材料強(qiáng)度也不太高,沒(méi)有多大使用價(jià)值。且CaO有很強(qiáng)的潮解作用,使制成的PC性能不穩(wěn)定。另外,粉煤灰填料可以降低干燥收縮率,減小滲透性,改善抗介質(zhì)侵蝕性,提高PC 制品的修整性[2] 。而且粉煤灰又是煤礦工業(yè)的副產(chǎn)品,來(lái)源廣泛,價(jià)格便宜,故粉煤灰是較理想的聚合物混凝土填料。
2.1.2 尼龍纖維對(duì)PC材料劈裂抗拉強(qiáng)度的影響
在上述以粉煤灰為填料的PC中又加入尼龍纖維,以尼龍纖維作為增強(qiáng)材料制取試樣,與未加入尼龍纖維的PC 對(duì)比,進(jìn)行劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表3。
| 增強(qiáng)材料 | 劈裂抗拉強(qiáng)度/ MPa |
| 無(wú) | 7. 0 |
| 尼龍纖維 | 8. 0 |
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),尼龍纖維的加入使PC性能有所提高。從劈裂面來(lái)看,尼龍纖維已經(jīng)完全斷開(kāi),這說(shuō)明尼龍纖維和PC良好粘合,在PC中起到一定增強(qiáng)作用。尼龍纖維是一種纖細(xì)并且柔韌的織狀物材料,它的彈性模量較大,受力后不易變形[3] 。尼龍纖維通過(guò)與PC材料的復(fù)合作用提高了PC材料的強(qiáng)度,利用了尼龍纖維承受高強(qiáng)度應(yīng)力的能力和基體高聚物的切變性及其與尼龍纖維的粘合性能來(lái)傳遞應(yīng)力。當(dāng)尼龍纖維與基體出現(xiàn)相同的應(yīng)力變形時(shí),纖維中的應(yīng)力要比基體中的應(yīng)力大得多,即尼龍纖維承擔(dān)了大部分載荷。只有在纖維排列方向與載荷方向一致時(shí),才起到增強(qiáng)作用。尼龍纖維與PC之間界面粘結(jié)力一定要高,否則基體中的剪切應(yīng)力難以通過(guò)界面的粘結(jié)作用傳遞給纖維,尼龍纖維不能起到承受大部分載荷的作用,也就不能起到增強(qiáng)PC的作用。
2.1.3 試樣尺寸對(duì)聚合物混凝土性能影響
試驗(yàn)采用三種不同尺寸的模具制備試樣,結(jié)果如表4。
表4 不同尺寸試件的劈裂抗拉強(qiáng)度
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尺寸/ cm |
劈裂抗拉強(qiáng)度/ MPa |
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7. 07 |
6. 73 |
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5. 50 |
7.23 |
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4. 00 |
8. 00 |
由表面得到不同尺寸立方體試件與土木工程中常用的邊長(zhǎng)
表5 不同尺寸立方試件與標(biāo)準(zhǔn)件換算系數(shù)
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試件尺寸/ cm |
比尺效應(yīng)系數(shù) |
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7. 07 |
1. 00 |
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5. 50 |
0. 84 |
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4. 00 |
0. 67 |
由表5 數(shù)據(jù)可以得到圖2
圖2 PC 試樣比尺效應(yīng)
從圖2可以看出試件尺寸和對(duì)應(yīng)的劈裂抗拉強(qiáng)度換算系數(shù)呈線(xiàn)性關(guān)系,因此可以推算出研究范圍內(nèi)任一尺寸試件的劈裂抗拉強(qiáng)度。從表4中的數(shù)據(jù)可以看出,試樣尺寸越大,劈裂抗拉強(qiáng)度反而低,其原因可歸結(jié)到混凝土拉伸破壞模型上[4] 。因?yàn)榛炷廖闯惺茌d荷前就存在微裂紋和缺陷,即“薄弱環(huán)節(jié)”,從統(tǒng)計(jì)理論來(lái)看,試件尺寸增加,“薄弱環(huán)節(jié)”出現(xiàn)的概率也增加,性能也會(huì)下降。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)考慮到這一方面。
3 結(jié)論
(1) 粉煤灰是一種比較理想的聚合物混凝土填料。
(2) 尼龍纖維作為增強(qiáng)材料可以顯著提高PC的劈裂抗拉強(qiáng)度。
(3) 試件尺寸對(duì)聚合物混凝土性能有很大影響,試件尺寸增加,劈裂抗拉強(qiáng)度反而降低。
參考文獻(xiàn)
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[2]陳義初,譯. 粉煤灰的實(shí)際研究及其工程應(yīng)用[M] . 北京:人民交通出版社,1992.
[3]陳正鈞,等. 耐蝕非金屬材料及應(yīng)用[M] . 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995 , (3) :86 - 89.
[4]姜福田. 混凝土力學(xué)性能測(cè)試[M] . 北京:中國(guó)鐵道出版社,
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