纤维对地聚合物混凝土增强效应的试验研究.pdf
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1、新癯 建巍 全 国 中 文 核 心 期 刊 纤维对地聚合物混凝土增强效应硇 i 式 验研究 范飞林 , 许金余 , 白二雷 , 张军 , 张龙 ( 1 空军工程大学 工程学 院机场建筑工程系 , 陕西 西安7 1 0 0 3 8 2 西北工业大学 力学与土木建筑学 院, 陕西 西安7 1 0 0 7 2 ; 3 北京军区空军后勤部 , 北京1 0 0 7 2 0 ; 4 空军后勤部机场营房部, 北京 1 0 0 7 2 0 ) 摘要 : 以矿渣和粉煤灰为原料、 水玻璃和氢氧化钠为碱激发剂、 玄武岩纤维和碳纤维为增强材料, 制备纤维增强混凝土, 测试其 2 8 d抗压强度。 结果表 明, 纤维对
2、地聚合物混凝土的增强效应受纤维种类、 纤维掺量和基体配 比等因素的影响; 碳纤维对地聚合物混 凝土增强效果明显 , 掺量为 0 _ 3 抗压 强度增 幅最大, 达 3 4 8 , 且水胶 比为 0 2 6时 的增强 效果优 于水胶 比为 0 - 3 1时; 玄武岩 纤维对 水胶 比为 0 2 6的地聚 合物混凝 土没有 增强效 果,但 当水 胶 比为 0 3l时,增 强效果 明显 ,掺量 为 0 3 时抗压 强度增 幅最大 , 达 3 1 5 ; 总体上, 碳纤维对地 聚合物混凝土 的增强效果优于 玄武岩纤维 , 碳纤维和玄武岩纤维对素混凝土没有起到增强作用 。 关键词: 地聚合混凝土; 玄武
3、岩纤维; 碳纤维; 增强效应 中图分类号: T U 5 2 8 5 7 2 文献标识码: A 文章编号 : 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 1 0 0 0 7 7 0 3 Ex pe r i m e nt al s t udy on s t r e ngt he n i ng e ffec t s of fibe r i n g e opo l ymer i c c onc r e t e F e i l i n , XU J i n y u , B AI E r l e i , Z HANG J u n , Z HANG L o n g 4 ( 1 De p a r t
4、 me n t o f Ai r f i e l d a n d Bu i l d i n g En g i n e e r i n g , Ai r Fo r c e En g i n e e r i n g Un i v e r s i t y En g i n e e r i n g I n s t i t u t e , Xi a n 71 0 0 3 8, S h a a n xi , Ch i n a : 2 Co l l e g e o f Me c ha n i c s a n d Ci v i l Ar c h i t e c t u r e, No r t h we s t
5、 P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y, Xi a n 71 0 0 7 2, S h a a n x i , Ch i n a 3 A i r F o r c e L o g i s t i c D e p a r t me n t o f B e i j i n g Mi l i t a r y A r e a , B e i j i n g 1 0 0 7 2 0 , C h i n a : 4 D e p a r t me n t o f A i r fi e l d a n d B a r r a c k s , A i r F o r c
6、 e L o g i s t i c D e p a rt me n t , B e i j i n g 1 0 0 7 2 0 , C h i n a ) 地聚合物混凝土是以地聚合物为胶凝材料制备的一种具 备优异性能的新型混凝土类材料。地聚合物是近年发展起来 的一种新型无机非金属胶凝材料,其概念最早由D a v i d o v i t s 于1 9 7 8 年提出【 lI , 它是以烧黏土或其它硅铝质材料为主要原 料, 在特定条件下通过类似地质聚合作用的化学反应而形成, 具有特殊的无机缩聚三维氧化物网络微观结构, 强度高, 化学 稳定性和耐久性好, 被称为“ 人造岩石” 、 “ 无机聚合物”
7、 等2 1 。 已有研究表明M, 地聚合物混凝土具有良 好的力学性能, 强度高、 耐久性好, 进一步应用研究具有重要意义。但与高分 子材料相比, 地聚合物材料的脆性较大, 针对该缺点, 国内外 学者采用掺入高性能纤维等手段进行改性研究,取得了一定 基金项 目: 空军 工程大学工程学 院优秀博士学位论文创新基金项 目 ( BC0 7 O 0 2 ) 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 4 2 2 作者 简介 : 范飞林, 男 , 1 9 8 3年生 , 陕西宝鸡 人, 博士研 究生 , 主要从 事机场防护工程研究。 电话 : 1 3 5 7 2 4 1 4 8 2 7 , E - ma i h
8、fl y b e y o n d 0 0 71 6 3 nm n 成果阁 。 本文借鉴水泥、 陶瓷的改性手段, 采用在地聚合物混凝土 中加入高性能的玄武岩纤维和碳纤维的方法进行改性试验研 究, 探索制备具有优异力学性能的地聚合物混凝土的新方法。 l 试验 1 1 原料 水泥: P 0 4 2 5 R秦岭水泥; 矿渣: 韩城龙门钢铁有限公司 提供, 比表面积不小于4 9 0 m g , 密度 2 9 7 m , 2 8 d活性指 数不小于9 5 ; 粉煤灰: 韩城第二发电厂提供, 比表面积不小 于3 5 5 m 2 k g , 密度 2 0 5 g c m 。 硅酸钠水玻璃: 南京合一化工厂提供
9、, 液态, 模数为3 0 3 3 ; 氢氧化钠: 东莞市乔声电子科技有限公司提供, 白色片状 固体。 细骨料: 灞河中砂, 细度模数 2 7 8 , 密度2 6 3 g c m , 堆积 密度 1 5 0 g c m , 含泥量 1 1 , 级配合格; 粗骨料: 泾阳县石灰 石碎石, 粒径5 1 0m m占1 5 、 1 0 2 0 m m占8 5 , 密度2 7 0 g c m , 堆积密度1 6 2 g c m , 含泥量0 2 。 N E W BUl L DI NG MAT E RI AI 5 7 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 范飞林 , 等: 纤维
10、对地聚合物混凝土增强效应的试验研究 减水剂: F D N萘系减水剂,广州建宝新型建材有限公司 提供; 水: 自 来水。 碳纤维: 日本东丽公司提供, 短切长度 6 m m ; 玄武岩纤 维:横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司提供,短切长度 1 8 m m , 2 种纤维的物理和力学性能指标见表 1 。 表 1 玄武岩纤维与碳纤维 的物理和力学性 能 1 2 配合比设计 本试验在参考相关资料的基础上通过试配来确定地聚合 物混凝土的合适配比, 参照以往试验的研究成果 3 - 6 t , 最终确 定2 种地聚合物混凝土的配比,素混凝土的配合比按照C 5 0 的强度等级设计。 采用不同掺量的玄武岩纤维
11、和碳纤维来增强地聚合物混 凝土。 定义水与矿渣和粉煤灰的质量比为水胶比( 倡) , 玄武 岩纤维和碳纤维的体积掺量均分别为0 、 0 1 、 0 2 、 0 3 , 试 验基体配比见表2 。 表 2 基体配 比 2 试验结果对比分析 试件制备参考G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能 试验法标准 , 尺寸为1 5 0 m m x l 5 0 m m x l 5 0 m m 。对制备的试 件进行标准养护 ( 2 0 2 ) 、 相对湿度大于9 5 】 , 采用压力 试验机测试混凝土试件的2 8 d 抗压强度。 2 1 玄武岩纤维对不同基体增强效果的对比分析 玄武
12、岩纤维掺量对水胶比分别为0 2 6 和0 3 1 的地聚合 物混凝土以及素混凝土抗压强度的影响如图1 所示。 6 4 6 0 星5 6 罾 5 2 4 8 4 4 01 0 2 0 3 玄武岩纤维体积掺量 水胶 比为0 2 6 的 地聚合物混凝土 水胶 比为0 3 1 的 地聚合物混凝土 素混凝土 图 1 玄武岩纤维掺量对混凝土抗压强度的影响 由图1 可见,对于水胶比为O - 3 l 的地聚合物混凝土, 其 抗压强度随玄武岩纤维掺量的增大呈增长趋势, 掺量为0 3 时增幅可达 3 1 5 ; 对于水胶比为0 2 6的地聚合物混凝土没 有增强作用, 其抗压强度在玄武岩纤维掺量为0 2 时降幅最
13、大达 1 4 9 ; 对素混凝土基体而言, 其抗压强度随玄武岩纤维 掺量的增大呈减小趋势, 掺量为0 3 时降幅最大达1 6 2 。 2 2 碳纤维对不同基体混凝土的增强效果分析 碳纤维体积掺量对混凝土抗压强度的影响见图2 。 7 8 新型建筑材料 2 0 1 0 1 0 _ 水胶 比为0 2 6 的 地聚合物混凝土 水胶 比为0 3 1 的 地聚合物混凝土 素混凝土 图 2 碳纤维掺量对混凝土抗压强度 的影响 由图2 可见, 对于水胶比为0 2 6 和0 3 1 的地聚合物混凝 土基体, 在碳纤维掺量在0 0 3 时, 掺入碳纤维对其均有增 强作用, 其抗压强度在碳纤维掺量为0 3 时增幅最
14、大, 分别 可达3 4 8 和2 8 3 ; 但对于素混凝土, 其抗压强度随碳纤维 掺量的增大呈减小趋势, 掺量为0 。 3 时降幅最大, 达6 。 3 。 2 3 玄武岩纤维和碳纤维对相 同基体增强效果的 对比分析 为了对比玄武岩纤维和碳纤维的增强效果,考察用玄武 岩纤维和碳纤维分别增强3 种基体时,混凝土抗压强度的变 化( 见图3 ) 。 由图 3 可见: ( 1 ) 对于水胶比为0 2 6 的地聚合物混凝土基体, 碳纤维 提高了基体强度, 纤维体积掺量为O 3 时, 抗压强度增幅最 大, 达3 4 8 ; 玄武岩纤维降低了基体的强度, 纤维体积掺量 为0 2 时, 抗压强度降幅最大, 达
15、 1 4 9 。 ( 2 ) 对于水胶比为0 3 1 的地聚合物混凝土基体, 碳纤维 和玄武岩纤维均提高了基体强度,纤维体积掺量为O 3 时, 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 O 垂7 2 篓 6 4 墨 5 6 4 8 范飞林 , 等: 纤维对地聚合物混凝土增强效应的试验研究 O O 1 0 2 0 3 纤维体积掺量 纤维体积掺量 ( a ) 水胶 比为0 2 6 的基体 ( b ) 水胶 比为0 3 1 的基体 图 3 玄武岩纤维和碳纤维对相同基体混凝土抗压强度的影响 基体抗压强度的增幅最大, 分别达2 8 3 和3 1 5 。 ( 3 ) 对于素混凝土
16、基体, 虽然当纤维体积掺量为0 1 时, 碳纤维提高了基体强度, 但总体看来, 碳纤维和玄武岩纤维均 降低了基体强度。 随着纤维体积掺量的增大, 2 种试件的抗压 强度均呈减小趋势,掺量为0 3 时基体抗压强度的降幅最 大, 分别达 6 3 和 1 6 2 。 比较2 种纤维对地聚合物混凝土基体和素混凝土基体的 增强效果可以发现,碳纤维对地聚合物混凝土基体起到了增 强效果, 但对素混凝土基体没有起到增强效果; 玄武岩纤维对 素混凝土和水胶比为0 2 6的地聚合物混凝土基体也没有起 到增强效果, 但对水胶比为0 3 1 的地聚合物混凝土基体起到 了增强效果,说明玄武岩纤维对地聚合物混凝土的增强受
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