聚合物改性钢纤维水泥基复合材料研究及其在工程中的应用

作     者：荣垂强 

作者单位：汕头大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王湛

授予年度：2005年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：聚合物改性钢纤维水泥基复合材料 井盖 界面过渡区 互穿网络界面 

摘      要：由于铸铁井盖易于被盗,因此拟采用钢纤维混凝土井盖代替铸铁井盖。但是常用的钢 纤维混凝土的抗折强度和变形能力不能满足要求,因此本文展开了以提高钢纤维水泥混凝 土性能为目的的一系列研究。 由于微细钢纤维和微小的纤维间距阻止了水泥浆微裂缝的扩展,因此掺入微细且随机分布 的钢纤维,混凝土的增强、增韧效应和阻裂能力都有大幅度提高。大量的研究表明钢纤维 的破坏往往不是纤维被拉断而是由于纤维与水泥基体间存在薄弱过渡层而出现拔出破坏, 因此如何提高界面性能成了充分发挥钢纤维混凝土性能的关键。由于硅粉或粉煤灰具有火 山灰特性,因此硅粉的的加入能减少氢氧化钙的含量的富集,增加界面结合力。同时由于 聚合物同水泥中组分发生反应形成桥链,填充或封闭了水泥中的部分孔隙、以及骨料与水 泥浆体间的过渡区的改善作用等使得其在一定程度上改善了混凝土性能,因此能提高混凝 土的抗折强度、折压比、延性、耐磨等性能。因此本文以钢纤维、聚合物种类和掺量、硅 粉和粉煤灰为影响因子,以抗折强度、抗压强度和变形性能为指标,研制出一种具有良好 性能和较低价格的钢纤维混凝土。并采用电子显微镜观察混凝土的微观结构初步分析了材 料的作用机理。 钢纤维的掺量显著提高了混凝土的抗压强度和抗折强度,并且钢纤维的掺量越大强度 越高。其中掺2%钢纤维,混凝土的抗压强度提高25%,而抗折强度提高了50%。掺5%钢纤 维,混凝土的抗压强度提高20%,而抗折强度提高了200%。本文同时研究了四种聚合物不 同掺量(3—20%)对掺不同钢纤维混凝土的力学性能的影响,结果掺聚合物的钢纤维混凝 土的抗压强度有所降低,而抗折强度显著增加,其中以掺10%SBR的作用效果显著,其抗 折强度平均提高了25%。聚合物加入后,复合体系的形成过程发生一定变化,红外IR光谱 分析表明;纯苯乳液(A)、苯丙乳液(B)、丙烯酸乳液(C)、羧基丁苯乳液(D)等聚合物与 水泥浆体或骨料发生键合。SEM观察表明:聚合物加入会形成网状结构,这种网状结构和 水泥水化产物形成的骨架互相穿透,形成将颗粒增强材料、骨科和钢纤维拉接在一起的互 穿网络复合体系。 在实际工程应用中,运用该聚合物改性钢纤维混凝土的高抗折强度、抗压强度与抗 冲击性能来满足城市下水道井盖的基本受力特性要求,边缘高剪应力区利用适量的钢筋满 足受剪的要求,利用组合结构原理采用井盖底部贴玻璃布进行整体变形约束达到提高结构 整体性、延性、推迟初裂荷载和提高极限承载力,该产品在使用一年多时间以来效果良好, 表明研制的聚合物改性钢纤维混凝土是成功的,该产品质量是可靠的。