聚丙烯纤维增强水泥复合材料的性能与机理研究

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1、济南人学硕’}：学位论文摘要与钢材、木材等其他的建筑材料相比较，水泥砂浆、混凝土等水泥复合材料作为目前社会上应用范围最大的建筑材料，具有不易燃烧、抗压能力强、经久耐久、成本低廉、稳定安全等优点，但水泥复合材料也存在着严重的弱点，例如抗拉强度低、容易断裂、对基础要求高、#l-力nN影响混凝土质量、养护周期长、自重大、影响建设速度、韧性差、施工过程对结构质量影响较大等等。目前，在水泥复合材料中掺加一定量的纤维，是在建筑工业界逐渐推广的水泥复合材料的增强手段。建筑工业界希望通过采用掺加一定量纤维的增强手段，可以改善并且提高水泥复合材料基体的机械性能、抗渗性能、抗冻融性能等性能指标。本课题正是在这样

2、的背景之下开展的。通过研究聚丙烯纤维对水泥复合材料性能的影响，以求获得聚丙烯纤维掺量、施工工艺等与水泥复合材料性能之间的关系，探讨聚丙烯纤维对水泥复合材料增强的机理，使聚丙烯纤维在水泥工程实际中能得到更广泛的应用。本课题重点研究改性聚丙烯纤维对水泥复合材料的性能影响，以及掺加聚合物乳液对聚丙烯纤维水泥复合材料的影响。主要研究内容包括：(1)根据水泥基复合材料的应用场所确定所用的原材料；(2)研究不同的水灰比对水泥复合材料性能的影响，从而确定合适的水灰比，考察两种掺加工艺对聚丙烯纤维分散性和水泥复合材料强度的影响，确定合适的纤维掺3n-v_艺；(3)运用正交试验分析的科学方法，研究聚合物乳液、

3、减水剂和聚丙烯纤维的掺量对水泥复合材料力学性能的影响，以聚丙烯纤维增强水泥复合材料的力学性能为指标，确定在本课题条件下，聚丙烯纤维增强水泥复合材料的最佳配比；(4)研究聚丙烯纤维掺量变化对水泥复合材料的抗冲击性能、干燥收缩性能、抗渗性能、徐变应变性能、抗冻融性能以及干缩开裂性能的影响；(5)分析研究掺加适量聚丙烯纤维和聚合物乳液，增强水泥复合材料性能的机理。研究表明，与其他纤维的圆形或矩形截面相比，三叶型横截面的改性聚丙烯纤维具有更大的比表面积，与基体的握裹力更强，选择其作为水泥复合材料的增强材料，可以更加充分的发挥纤维的增强效果；聚丙烯纤维的掺加工艺应采用先掺法，先掺法工艺中纤维以单丝状均

4、匀分布，使其能最大限度的发挥作用；以试样28d抗折强度和28d抗压强度为指标，在本课题条件下，聚丙烯纤维增强砂浆组分的最佳配比为聚丙III聚丙烯纤维增强水泥复合材料的件能与机理研究烯纤维1．5kg／m3，聚合物乳液2％，减水剂1％，水泥100％，砂子250％，水灰比O．44；以试样28d抗压强度为指标，在本课题条件下，聚丙烯纤维增强混凝土组分的最佳配比为聚丙烯纤维0．7kg／m3，聚合物乳液3％，减水剂O．7％，水灰比0．44，砂用量为720kg／m3，碎石用量为1280kg／m3。掺加适量的聚丙烯纤维和聚合物乳液，可以显著提高水泥复合材料的抗冲击性能、抗干燥收缩性能、抵抗徐变应变性能、抗冻

5、融性能以及抗干缩开裂性能；聚丙烯纤维均匀散布在水泥复合材料体系中，使水泥复合材料硬化后的抗拉强度明显提高，同时有效缓解裂纹尖端的应力集中程度，对提高水泥复合材料的性能有很大的帮助；当聚丙烯纤维掺加量达到一定程度时，部分纤维不能有效充分发挥其作用，继续提高聚丙烯纤维掺加量，对提高水泥复合材料性能的贡献不大；掺加聚合物乳液可以明显改善水泥复合材料基体与纤维之间的界面微观结构，充分发挥聚丙烯纤维的增强效应；掺加聚合物乳液形成的聚合物薄膜和界面过渡层，可以显著降低水泥复合材料内部裂纹产生和扩展的可能性，增强其抵御外部环境的能力，显著提高水泥复合材料的性能。关键词：水泥复合材料；聚丙烯纤维：聚合物乳液

6、；性能；机理济南大学硕}j学位论文ABSTRACTComparedtotimber，steelandotherbuildingmaterials，cementcompositematerials(such鹤cementmortar，concrete，etc．)alethecurrentbuildingmaterials埘tllthebiggestapplicationscope，andcementcompositematerialshavehardtocombustion，anti·highpressure，durable，lowcost，security，stabilityandother

7、advantages，butsuchmaterialsalsohavesomeobviousweaknesses，suchasitslowtensilestrength，lowfractureenergy，thehighrequirementsofbaSic，theimpactofadmixturesonconcretequality，longconservationcyclelength，bigownwei