膨胀剂—碳纤维水泥基材料力学特性研究

发布时间：2020-07-22 15:30

【摘要】：混凝土是近几十年来土木工程中应用最为广泛的建筑结构材料之一,随着各种异型结构、大跨结构的出现,人们对混凝土的性能提出了更高的要求。在混凝土中掺加各类纤维用以提高混凝土的力学性能、耐久性能等成为土木工程材料的研究热点。碳纤维由于具有“轻质高强”等优点得到了研究者们的重视。国内外学者对于膨胀剂和纤维混掺对水泥基材料变形性能的作用规律已经进行了一些研究,但是对于膨胀剂和碳纤维混掺对水泥基材料力学性能作用规律的研究结果较少。因此本文针对膨胀剂和碳纤维混掺对于水泥基材料力学性能的作用规律进行了研究,并对其机理进行了阐述。本文主要研究内容有以下几个方面:首先,研究了碳纤维在水泥净浆中的分散方法,在此基础上研究了碳纤维长度、膨胀剂掺量对水泥净浆流动度,抗折强度、抗压强度的作用规律。研究结果表明:膨胀剂对于水泥净浆、碳纤维水泥净浆的流动度基本没有影响;但随着碳纤维长度增加水泥净浆流动度显著降低。碳纤维水泥净浆的抗折强度随着碳纤维长度的增加而增加,但抗压强度随着碳纤维长度的增加而降低,但仍高于水泥净浆。膨胀剂对于水泥净浆的抗折强度、抗压强度没有影响,但是其对于碳纤维水泥净浆有不同幅度的增强作用,并且膨胀剂最优掺量为8%,该最优掺量不受碳纤维长度以及碳纤维掺量的影响。其次,通过单丝拔出试验研究了在膨胀剂作用下碳纤维-水泥基体界面力学性能。此外利用扫描电子显微镜观察了不同膨胀剂掺量碳纤维水泥净浆的微观形貌,发现掺加膨胀剂能够提高碳纤维发生拉断的可能性。研究结果表明,膨胀剂能够提高碳纤维-水泥基体界面力学性能。最后,结合宏观力学试验结果,碳纤维-水泥基体界面力学性能以及碳纤维水泥净浆微观形貌,阐述了碳纤维对水泥基材料抗压强度的作用机理,碳纤维对水泥基材料抗折强度增强作用机理,膨胀剂-碳纤维协同增强作用机理。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU528
【图文】：

示意图,水泥基材料,尺度,示意图

图 1-1 水泥基材料尺度示意图1.2.1 碳纤维混凝土申豫斌等人[27]研究了分散剂、分散方法、龄期等因素碳纤维水泥胶砂的力性能的作用规律，研究结果表明：对于短切碳纤维（长度 5mm，直径 7μm）砂浆其 7d、14d、28d 抗拉强度、抗压强度较参照组都有不同幅度的提升，在该配合下碳纤维最优质量掺量为 0.5%。刘洪涛[28]通过试验分析了碳纤维（长度 5mm，直径 7μm）混凝土的破坏形态峰值荷载，变形-荷载曲线，根据相关实验数据研究了抗压强度、劈裂抗拉强度宏观力学性能。研究结果表明：随着碳纤维体积掺量的增加，碳纤维混凝土的抗强度、劈裂抗拉强度趋势均为先增加后降低，在最优体积掺量为 0.24%时，其抗强度提高约 10%，劈裂抗拉强度提高约 43%，并且在此情况下碳纤维混凝土试破坏时变形比较明显。任彦华等人[29]通过试验指出：短切碳纤维（长度 15mm，直径 7μm）加入混土中，采取机械搅拌时，碳纤维在水泥中极易出现团聚现象，不能良好的分散，而对碳纤维混凝土力学性能产生不利的影响。其得出的最优体积掺量为 1%，此

粒径分布,膨胀剂,外观图

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表 2-3 膨胀剂粒径分布比表面积m2/g表面积平均粒径D[3,2]μm体积平均粒径D[4,3]μmd（0.1）μmd（0.5）μmd（0.9）μm0.872 6.884 57.639 3.434 29.386 139.414表 2-4 碳纤维主要物理指标规格型号密度g/cm3线密度g/m单丝直径μm拉伸强度MPa拉伸模量GPa断裂伸长率%12K 1.82 0.830 7.3 4558 231 2.05

粒径分布,短切碳纤维,外观图

【参考文献】