纤维对早强快硬修补砂浆性能的影响研究.pdf
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1、选择硫铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-半水石膏三元胶凝体系为基体,分别掺加两种聚乙烯醇(PVA)纤维和一种聚甲醛(POM)纤维制备早强快硬修补砂浆,研究纤维种类及掺量对早强快硬修补材料力学性能、水化产物及微观性能的影响。结果表明:纤维掺量固定为2 4g/kg时,掺加日本PVA纤维的修补砂浆抗折、抗压及界面弯拉强度分别提高了8 0.5%、2 4.2%、37.0%。掺加POM纤维的修补砂浆达到极限抗拉强度后仍会发生较大的变形,修补砂浆的拉力值和变形值均会随着POM纤维掺量的增加而增大。掺加日本PVA纤维和POM纤维的修补砂浆,拉断后的纤维周边不附着浆体,导致在抗拉性能测试时,出现了明显的拉伸应变硬化现象。
2、三元胶凝材料体系水化生成的钙矾石以细短晶体呈辐射状,均匀密集且纵横交错的织成网状结构,而水化硅酸钙凝胶填充在骨架之间使微结构更加致密,使得早强快硬修补砂浆具有较高的强度与体积稳定性。关键词:纤维;三元胶凝体系;修补砂浆;力学性能;微观形貌中图分类号:TU528.01Effect of fiber on performance of repairing mortar with early-strength and rapid-hardeningHUANG Tianyongl2,WANG Zhaojial-2,WANG Jixiang-2,ZHANG Ying,CHANG Yu(1.State K
3、ey Laboratory of Solid Waste Reuse for Building Materials,Beijing 100041,China;2.Beijing Engineering and Technology Research Center of Dry-mixed Mortar,Beijing 100041,China;3.Bejing University of Civil Engineering and Architecture,Bejing 102616,China)Abstract:Two kinds of polyvinyl alcohol(PVA)fiber
4、s,one kind of polyformaldehyde(POM)fiber andsulpho-aluminate cement,ordi-nary Portland cement and semi-hydrated gypsum were selected to prepare repairing mortar with early-strength and rapid-hardening.The ef-fects of fibers type and dosage on the mechanical properties and micro-properties of repairi
5、ng mortar with early-strength and rapid-harden-ing were studied.The results show that flexural strength,compressive strength and interfacial flexural-tensile strength of the repair mortar in-crease by 80.5%,24.2%and 37.0%respectively when the dosage of fiber is 24 g/kg.The repairing mortar adding PO
6、M fiber still deformgreatly afer reaching the ultimate tensile strength,the value of tensile force and deformation of repairing mortar increase with increasingdosage of POM fiber.There is no paste around the Japanese PVA fiber and POM fiber after breaking repairing mortar,so the repairing mor-tar ap
7、pear obvious tensile strain hardening.The ettringite formed by hydration of ternary cementitious material system have a radial,uni-form,dense and crisscrossed network structure with short crystals,while the microstructure is denser when hydrated calcium silicate gel isfilled between the skeletons,it
8、 makes the repair mortar with early-strength and rapid-hardenin had high strength and volume stability.Key words:fiber;ternary binder system;repairing mortar;mechanical performance;microstructure文献标志码:A文章编号:10 0 2-3550(2 0 2 3)0 6-0 150-0 5桥梁、道路的修补工程存在工期紧、维修时间短、工程量0引言大、质量要求高等特点,这就要求修补砂浆具有施工性能混凝土因其抗压
9、强度高、取材方便、可塑性强及价格好、凝结时间短、力学性能优良等特点3-4。低廉等诸多优势,而受到工程界的青1-。随着混凝土使目前工程水泥基复合材料通常是以硅酸盐水泥为基用年限的增加以及周边环境的侵蚀,开裂、碳化、缺损、冻体,掺加细骨料,再以体积掺量小于2%的聚乙烯醇(简称:胀等病害日益严重,如不及时加以修复将影响建筑的正常PVA)纤维为增强材料制备而成,因此不能完全满足早强运行。因此混凝土的修补成为研究热点,桥梁、道路方面快硬的要求。硫铝酸盐水泥因其凝结硬化快、早期强度高的修补尤为突出。工程水泥基复合材料(简称:ECC)具有的特性,是很多交通抢修工程不可或缺的特种材料,但是良好的裂缝控制能力,
10、在开裂时呈现出多微缝开裂的特性,它仍属于一种韧性较差、抗折强度低、甚至会出现抗压强具有良好的延性,被作为桥梁、道路良好的修补材料。但是度倒缩的脆性材料,而对于PVA纤维增强的硫铝酸盐水泥收稿日期:2 0 2 2-0 3-16基金项目:国家重点研发计划项目(2 0 18 YFC1903602)150基ECC材料报道并不多。何欢7 等人研究PVA纤维增强快硬硫铝酸盐水泥基ECC材料的性能发现,ECC材料的抗折强度随纤维体积掺量的增多而增大,纤维掺量为2%时,抗折强度可提高333%。周杨8 研究PVA纤维增强不同水泥基材料的性能发现,随胶砂比的上升,硫铝酸盐水泥系列PVA-ECC的抗折强度、抗压强度
11、、极限挠度与断裂能总体上均呈升高的趋势,其力学性能与韧性得到双重提升。与硅酸盐水泥系列相比,硫铝酸盐水泥系列的抗收缩能力、抗冻性能、抗氯离子侵蚀能力与抗硫酸盐侵蚀能力总体表现均较好,但其抗碳化能力总体表现较差。张俊杰研究硫铝酸盐水泥基ECC的性能发现,PVA纤维的掺人对CSA-ECC的抗弯强度存在明显的增强作用,与传统ECC相比,CSA-ECC的干燥收缩大幅降低,降幅达8 0%以上。对ECC修补材料,研究集中在纤维对于ECC修补材料的性能影响 10-,结果表明,掺人日本PVA的ECC的拉伸应变硬化现象最显著,其次是国产PVA纤维,而国产聚丙烯纤维(PP)和聚乙烯纤维(PE)在拉伸过程中没有应变
12、硬化现象,钢纤维可显著提高砂浆抗折强度及早期抗压强度。目前,大部分PVA-ECC都是使用日本可乐丽司生产的PVA纤维,这是因为可乐丽公司生产的PVA纤维表面经过水泥标准稠度用水量种类/%P27.8S27.0标准稠度用水量/%41.8表3胶凝材料的化学组成种类SiO2CaoAl.OFe.0;SO;MgoK,0Na.0CIP21.7854.477.433.172.70 3.770.730.61 0.12S7.1744.0734.161.97 8.32 1.680.43 0.310.04G1.5144.910.770.1749.622.200.070.140.02日本PVA纤维(简称:RP)、国产P
13、VA纤维(简称:GP)和聚甲醛POM纤维(简称:JP)基本性能见表4所示,图1为3种纤维的外观状态。由表4可以看出PVA纤维的抗拉强度和干断裂伸度均相同,聚甲醛纤维的直径明显大于PVA纤维的直径。由图1可以看出,日本PVA纤维和POM纤维均是白色,而国产的PVA纤维呈现出浅黄色,同时国产PVA纤维因为直径略小于日本PVA纤维更柔软。表4纤维的基本性能纤维抗拉强度干断裂伸度断裂强度迷种类/MPaRP14001600GP14001 600JP一1.2试验配合比修补砂浆的配合比见表5所示,胶凝材料是由硫铝酸盐水泥、基准水泥和半水石膏按照5:3:2 的比例组合,特殊的油剂处理,国产的PVA纤维大部分没
14、有经过表面改性,纤维在基体中会发生断裂而不是拔出,从而失去桥接作用,导致PVA-ECC发生断裂 12-13。因此研究可替代PVA纤维的材料也会成为具有重要意义的课题。本研究选择硫铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-半水石膏三元胶凝体系为基体,选择日本可乐丽PVA纤维、国产PVA纤维和聚甲醛POM纤维3种纤维,研究纤维种类及掺量对早强快硬修补材料抗折强度、抗压强度、界面弯拉强度、抗拉强度的影响规律,并通过XRD、SEM 等现代测试手段分析其影响机理,为高早强修补材料提供相应的数据支撑。1原材料与试验方法1.1原材料试验选用强度等级为PO42.5级水泥(代号P)强度等级为RSAC52.5级水泥(代号S),半水
15、石膏(代号G)。基准水泥和硫铝酸盐水泥的性能指标见表1,半水石膏的性能指标见表2,3种胶凝材料的化学组成见表3。试验选用的聚羧酸减水剂、酒石酸均为粉体材料。集料是由40 7 0 目和7 0 140 目天然砂按照1:1质量比混合而成。表1水泥的基本性能凝结时间/min抗折强度/MPa初凝终凝1602402545表2 半水石膏的基本性能流动度凝结时间/min/mm初凝17810断裂伸长率长度直径/%/MPa173.0一173.0一一11051382抗压强度/MPa1d3d一6.76.28.62h抗折强度终凝/MPa204.3%(a)日本PVA/%/mm/m一1240一1231814122007d7
16、.9一级配砂是由2 0 40 目和40 7 0 目天然砂按照2:3的比例组合,外加剂包括减水剂、缓凝剂。3种纤维掺量分别为6、12、2 4 g/k g。15128d9.38.41d一49.22h抗压强度/MPa11.6(c)POM图1纤维的外观3d28.952.9(b)国产PVA7d38.9一7d体积稳定性/%-0.2928d51.257.0表5修补砂浆配合比编号胶凝材料14502450345044501.3试验方法试验中修补砂浆的抗折强度、抗压强度和界面弯拉强度均依据JC/T23812016修补砂浆标准中的相关规定进行。修补砂浆的抗拉强度的测试首先按照图2 成型,其具体尺寸见图3,到养护龄期
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