微晶纤维素增韧混凝土的性能研究及机理分析.pdf
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1、全国中文核心期刊 杆勉 建筑 微品纤维素增韧混凝土的性能研究及jIi几 理分新 唐文睿 , 缪 昌文 , 丁蓓 ( 1 江苏博特新材料有限公司, 江苏 南京2 1 0 0 0 8 ; 2 江苏省建筑科学研究院有 限公司, 苏 南京2 1 0 0 0 8 ) 摘要 : 采用化学改性的方法制备了微纳米级微晶纤维素, 混凝十l陛能测试表明, 微纳米级微晶纤维索具有良好的工作性能、 能 提高混凝 土的抗压和抗折强度 , 使混凝土断裂 能提高 5 0 , 有效地增强混凝土韧性。用 S E M分析 _混凝土水化产物的微观形貌 , 发 现微纳米级微 晶纤维素在混凝土 中的均匀分散 、 填充、 桥联作用是改善
2、混凝 L : 韧性 的原凶。 关键词 : 微晶纤维素; 混凝土韧性: 断裂能 中图分类号 : T U 5 2 8 0 4 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 04 0 3 Pr o p e r t i e s s t u d y a n d me c h a n i s m a n a l y s i s o f c o n c r e t e r e i n f o r c e d b y mi c r o c r y s t a l l i n e c e l l u l o s e T ANG We n r l l
3、i , MI A0 Ch a n v en , DI NG Be i ( 1 J i a n g s u B o t e N e w Ma t e r i a l s C o l ,t d , N a n j i n g 2 1 0 0 0 8 , J i a n g s u , C h i n a : 2 J i a n g s u R e s e a r c h I n s t i t u t e o f B u i h t i n g S c i e n c e C o L t d , N a n j i n g 2 1 0 0 0 8 , J i a n g s u , C h i n
4、 a ) Abs t r ac t : Na n o c r y s t a l l i n e a n d s u b mi c r o c r y s t a l l i n e c e l l u l o s e we r e p r e p a r e d b y c h e mi c a l mo d i fi c a t i o n me t h o d T h e p e rfo r ma n c e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t s u c h c e l l u l o s e h a s g o o d o p e r a t
5、i n g p e r f n r ma n c e , c a n i mp r o v e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d fl e x u r a l s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e , i n c r e a s e c o n e r e t e f r a c t u r e e n e r g y b y 5 0 , a n d e f f i c i e n t l y e n h a n c e t h e c o n c r e t e t o u g h n e s
6、s Ac c o r d i n g t o S EM a n a l y s i s , we l l d i s t r i b u t i n g, f i l l i n g a n d b rid g i n g f u n c t i o n o f mi c x o c r y s t a l l i n e c e l l u lo s e i n c o n c r e t e wa s t h e ma i n r e a s o n i mp r o v i n g t h e t o u g h n e s s o f co ncr e t e Ke y wor d s
7、: mi e r o e r y s t a l l i n e c e l l u l o s e : c o n c r e t e t o u g h n e s s : f r a c t u r e e n e r gy 0 前言 明 显的 提 高 。 随着现代建筑向大跨度、 高层化的发展, 对承重结构的混 凝土性能要求越来越高。然而, 在追求高强度的同时, 由十混 凝土脆性所导致的开裂破坏也越发突出,成了制约混凝土应 用的重要问题。 因此, 对混凝土韧性的研究也成为广受研究者 关注的领域f 。 当前, 主要借助2 种途径提高混凝土韧性: 掺加聚合物乳 液和添加纤维材料 。由于材料成
8、本及与混凝土的材料属性 差异较大, 虽然达到了混凝土韧性的改善效果, 但损害了混凝 土的其它重要性能, 如工作性和强度等, 极大地限制了应用。 本文从微纳米层次的技术途径出发,借鉴刚性粒子增韧 机理, 使用微纳米级别的微晶纤维素, 通过特殊的改性工艺, 解决了 材料成本、 材料在混凝土中的分散和界面性能等难题, 同时在不损害混凝土其它性能的前提下,使混凝土的韧性有 基金项 目: 国家重 点基础研究发展规划 ( 9 7 3 ) 资助项 日 ( 2 O O 9 CB6 2 3 2 0 5 ) 收稿 日期 : 2 0 0 9 1 2 3 0 作者简介 : 唐文睿 , 男, 1 9 8 3年生 , 四
9、川成都人 , 硕士 , 助理工程 师 要从事混凝土外加剂 的研究开发 。地址 : 江苏省南 京市北 京酉路 l 2 号, 电话: 1 3 8 1 4 1 1 3 5 9 4 , E m a i l : w e n r u i ta n g g m a i l c o i n 。 4 新型建筑材料 2 0 1 0 7 1 实验 1 1 原材 料 微晶纤维素: 粒径5 5 m , 江苏龙浩新材料有限公司产; 水泥:江南小野田水泥厂生产的5 2 5 级普通硅酸盐水泥; 粉 煤灰: 南京热电厂I 级粉煤灰; 细集料: 河砂, 最大粒径5 m m , 连续级配, 细度模数 2 6 , 表观密度2 6 1
10、 g c m , 堆积密度 1 5 l m ; 粗集料: 玄武岩碎石, 5 1 0 m il l 、 1 0 2 0 fi l m连续级配, 表 观密度2 8 4 g e ra 。 , 堆积密度 1 5 3 g e m , 压碎值3 3 ; 外加剂: J M P C A聚羧酸超塑化剂( P C A ) , 江苏博特新材料有限公司产。 混凝土基准配合比为m( 水泥) : m( 粉煤灰) : m( 水) :m( 石) : m( 砂) = 3 5 0 : 8 7 5 : 1 2 2 5 : 1 0 7 2 5 : 7 2 0 , 微晶纤维素按胶凝材料的 质量百分比外掺。 】 2 性能测试及方法 混凝
11、土成型、 养护及抗压强度、 抗弯强度的测试按G B , 1 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行; 混凝 土坍落度、 含气量测试按 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 普通混凝土拌 合物性能试验方法标准 进行; 通过混凝土最大水平载荷P I 与断裂韧度 来判定混凝土的韧性, 其测试按D Mr 5 3 3 2 2 0 0 5 工混凝土断裂试验规程 中楔入劈拉法进行, 其中混 凝土断裂能C , 的计算参考徐世娘等5 1 提出的方法。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 唐文睿 , 等: 微晶纤维素增韧混凝土的性能
12、研究及机理分析 1 3 微观 形貌 分析 纳米微晶纤维素的粒径分布及测试采用德国S y m p a t e c 产 H e l o s S u c e l l 型湿法激光粒度分析仪,使用 N i k o n E c l i p s e 型2 0 0 倍光学显微镜进行表观分析。 采用扫描电子显微镜( S E M ) 分析微观形貌。 取2 8 d 的聚 合物改性混凝土断面薄片, 在无水乙醇中中止水化,并在6 O 下烘干, 然后在J S M 一 8 4 0 型扫描电镜下观察微观结构。 1 4 纳米微晶纤维素的合成 将5 0 0 g 微晶纤维素加入高压反应釜中,然后加入2 0 0 0 m l 去离子水
13、, 1 6 0 o C 、 0 6 M P a 压力下搅拌反应4 h ,待冷却后 出料, 过滤, 用去离子水反复冲洗 3 遍, 6 0 烘干, 获得 微 米级微晶纤维素( A ) 4 6 7 5 g 。 采用南京仙欧生物科技有限公司产X O S M 5 0 型超声微 波组合反应器。将 1 0 0 g 微晶纤维素加入 1 0 0 0 m l 去离子水 中, 然后加入4 8 0 m l 浓硫酸、 1 6 0 m l 盐酸, 搅拌均匀后, 于超 声波中以1 0 0 0 W输出功率、 工作时问2 S 、 间隙时间2 S , 振荡 8 h 。然后静置, 离心分离收集固体; 用去离子水反复冲洗, 直 至产
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