浅议无机矿物纤维增强水泥砂浆试验探究.doc

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1、浅议无机矿物纤维增强水泥砂浆试验探究【摘要】本文首先阐述了碳酸钙晶须和玄武岩纤维的特性，主要通过对碳酸钙晶须进行试验，分析了碳酸钙晶须对水泥砂浆物理力学性能的改善。【关键词】碳酸钙晶须；玄武岩纤维；水泥砂浆；试验;影响1、引言目前，纤维增强水泥基复合材料，是指在水泥基材料基体中均匀分散一定掺量和特定性能的纤维，从而使水泥基材料的力学和耐久性等综合性能得到有效改善。水泥基材料中掺入纤维是增强水泥基材料强度、韧性、耐久性以及向高性能化方向发展的有效途径，已在矿山、隧道、铁路、公路、工业与民用建筑、水利水电、防爆抗震和维

2、修加固等工程中迅速发展并广泛应用。本文将碳酸钙晶须和玄武岩纤维引入水泥砂浆，通过试验研究，首先考察了碳酸钙晶须对水泥砂浆物理力学性能的改善，然后探讨了不同长度和掺量玄武岩纤维对砂浆的增强增韧效果，进而研究了不同长度纤维混杂对砂浆力学性能的影响。在此基础上，将晶须掺入玄武岩纤维水泥砂浆，考察晶须和纤维的复合增强效果。2、碳酸钙晶须和玄武岩纤维的概述碳酸钙晶须和玄武岩纤维作为新型无机矿物纤维增强材料，在成分上均与水泥基材料具有天然的相容性，凭借优异的物理力学性能和低廉的生产成本以及良好的环保性迅速成为材料研究领域的热点

3、。碳酸钙晶须属于单晶体增强材料，尺寸极其微细，其生产原料为来源广泛的碳酸钙，是十分常见的无机非金属材料，且生产制备过程无环境污染，工艺简单，有利于实现大规模工业化生产，将其作为矿物微纤维对传统工程材料水泥进行增强，有望克服传统纤维存在的诸多弊端，也是对水泥基材料增强增籾技术的全新探索；而玄武岩纤维作为近些年发展起来的新型环保纤维，具有一系列其他纤维无法比拟的优异性能，已经在混凝土领域进行了大量研究与应用，而且玄武岩纤维生产原料来自天然的火山岩矿石，无有害的矿物成分，加之生产工艺简洁，原材料利用率高，成本低廉，为其在

4、水泥基材料领域的更广泛应用创造了有利条件。2.1碳酸钙晶须的基本物性作为一种重要且极为常见的无机矿物，碳酸钙有三种晶型，分别是方解石型、文石型和球霹石型，其热力学稳定性逐渐降低。在自然界中，方解石型碳酸钙晶须是热力学稳定相，常温常压下，以大理石和石灰石的形式存在；文石型是亚稳相，形貌特征呈针状，在自然界中常存在于海洋沉积物以及珍珠层中；球霹石则是人工合成碳酸钙，性能极其不稳定，呈球形，在自然界中没有天然存在的球霹石。碳酸钙晶须属于文石型，由于它结晶时高度有序的原子排列结构，几乎不存在削弱其强度的如空洞、位错等结构缺

5、陷，因而它所具有的机械强度接近于原子间的价键强度。碳酸钙晶须的化学式为CaCo3,其相对分子质量为100,外观为蓬松状的白色粉末，微观形貌呈针状或纤维状，由于碳酸钙晶须颗粒间具有良好的分散性，且长径比较高，形貌类似于短纤维，是一种性能优异的增强增初材料，同时，晶须外观平滑完整且无明显缺陷，具有良好的加工流动性，用其增强后制品表面光洁度较高，加之碳酸钙晶须丰富的原料来源及低廉的生产成木，因此开发和应用前景十分广阔。2.2玄武岩纤维增强水泥基复合材料玄武岩纤维(BasaltFiber)是近些年来研发的一种新型增强材料，

6、它是由单组分玄武岩矿物原料在1450〜150(rC高温熔融后，利用钳错合金拉丝漏板髙速拉制而成的一种连续纤维。相比于沉积岩中的页岩、砂岩和变质岩，由于玄武岩的杨氏模量更高，所以用玄武岩制备的纤维具有抗拉强度和弹性模量高、耐高温和耐腐蚀性能好等其它矿物纤维无法比拟的优势。此外，玄武岩融化过程中没有有害物质和工业垃圾排出，对环境无害，是一种绿色、环保的无机非金属矿物纤维，因而被称为21世纪无污染的”绿色工业材料和新型材料”。由于玄武岩纤维具有优良的力学性能、化学稳定性以及低廉的生产成本，自问世以来，就有大量学者对玄武岩

7、纤维增强复合材料进行了研究，凭借其突出的性能优势，已广泛用于宇航、化工、建筑等工程领域[60]o虽然用其增强水泥的研究起步较晚，但目前仍是纤维增强水泥基材料领域的研究热点，在未来有着广阔的发展和应用前景。3、碳酸钙晶须试验方法3.1主要原材料(1)水泥本试验所选用的水泥为P,042.5R普通硅酸盐水泥，其化学组成如表1所示。(2)砂本试验所选用的砂为标准砂。(3)碳酸钙晶须本试验所选用的碳酸钙晶须由四川成都蜀阳硼业化工有限公司生产，合成方法为碳酸化法，外观为白色蓬松状粉末。在碳酸钙晶须中化学成分中，CaO和CO2占

8、到总质量的97%,故所选用碳酸钙晶须的主要化学成分为CaC03,且具有较高纯度。利用XRD-6000型X射线衍射仪对所用碳酸钙晶须进行晶型测试，判定晶型结构。通过X衍射图谱分析可知，碳酸钙晶须的主要晶型为文石相(a=0.4962nm,b=0.7968nm,c=0.5743nm),故所选用晶须为文石型碳酸钙晶须。同时，根据衍射峰强度可知，碳酸钙晶须具有很高的纯