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建筑工程項(xiàng)目管理軟件

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增強(qiáng)材料對聚合物混凝土性能的影響

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摘要：　本文研究了增強(qiáng)材料對聚合物樹脂混凝土(PC) 強(qiáng)度的影響,并探討了試件尺寸對PC性 能的影響。關(guān)鍵詞： 填料; 增強(qiáng)材料; 聚合物樹脂混凝土; 試件尺寸0 引言 聚合物樹脂混凝土材料以其優(yōu)越的特性,如高強(qiáng)度、高阻尼等性能,已經(jīng)應(yīng)用于高精度機(jī)床、高水平數(shù)控機(jī)床的底座和導(dǎo)軌上,大大提高了加工精度,引起了機(jī)床制造行業(yè)的廣泛關(guān)注。填料是聚合物混凝土材料的主要成分之一,它的加入可以減少樹脂用量,降低成本,改善PC 的工作性能,如改善熱膨脹系數(shù)和收縮率,增加熱導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度,提高尺寸穩(wěn)定性。本試驗(yàn)選用水泥、粉煤灰、Al2O3 粉末、CaO 粉末、玻璃纖維五種填料,研究了填料種類不同對PC性能影響。為了提高PC材料的性能,加入尼龍纖維作為“增強(qiáng)材料”,研究了增強(qiáng)材料對聚合物樹脂混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響。試件尺寸對混凝土性能的影響,在混凝土性能測試中稱之為“比尺效應(yīng)”,本次試驗(yàn)對比尺效應(yīng)也進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)材料及方法

本試驗(yàn)采用最佳配比即骨料、填料和粘接劑按8∶1∶1 混合使用。其中粗、細(xì)骨料采用最佳配比63∶37[1 ]的高強(qiáng)度花崗巖,粘接劑配方如表1 所示

表1 　粘接劑配方

環(huán)氧膠

增韌劑固化劑
種類
E - 44
E - 44DBPJA - 1
份數(shù)30701418

PC 制作工藝如圖1

圖1 PC 制作工藝

分別采用水泥、粉煤灰、Al2O3粉末、CaO 粉末、玻璃纖維作填料,按上述工藝澆注成value="40" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">40mm ×value="40" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">40mm ×value="160" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">160mm 的混凝土試樣。將試樣固化7 天后放入抗折夾具中在300kN 液壓萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行抗折強(qiáng)度測試(加載速度50N/ s ±5N/ s) 。試樣折斷后,取半個(gè)試樣放入抗壓夾具中進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試( 加載速度5kN/s±0.15kN/s) 。將另一半試樣室溫固化28 天后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。在研究尼龍纖維對PC 性能影響時(shí)采用邊長value="7107" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">7107cm 的模具,增強(qiáng)材料在模具中分四層平放,每層放置方向平行,相鄰兩層互相垂直。試樣成品制成后放在value="80" HasSpace="True" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">80 ℃烘干箱內(nèi)烘干20h ,取出試樣進(jìn)行PC性能測試。為了研究比尺效應(yīng)對PC 材料性能影響, 分別采用了邊長分別為value="7107" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">7107cm、value="5150" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">5150cm 和value="4100" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">4100cm 的立方體模具,利用上述工藝制取試樣,進(jìn)行了劈裂抗拉強(qiáng)度的測試。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2 　試驗(yàn)結(jié)果分析

2.11 　填料對PC性能影響

　 在環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑、樹脂混凝土中均加入填料以改善其性能,從復(fù)合材料角度分析,填料實(shí)際為一種增強(qiáng)材料。本文采用五種不同填料制取試樣,性能測試如表2。

normal align=center>表2 　填料對PC性能影響

試樣組填料 固化7天抗強(qiáng)度/MPa固化7天抗折強(qiáng)度/ MPa固化7天抗折強(qiáng)度/ MPa
1水泥27.756.585.5
2粉煤灰23.862.183.8
3氧化鋁19.759.571.6
4氧化鈣23.163.543.7
5玻璃纖維17.055.864.8

從表2 中數(shù)據(jù)可看出,在固化前期水泥和粉煤灰對提高PC抗折強(qiáng)度有明顯優(yōu)勢,而在后期對提高PC材料抗壓強(qiáng)度也有很大優(yōu)勢。綜合考慮,水泥和粉煤灰是比較理想的填料。水泥和粉煤灰極為相似,是吸濕性材料。當(dāng)水泥(或粉煤灰) 與粘結(jié)料充分混合,由于水泥的吸濕性使得粘結(jié)料的粘度提高,水泥與粘結(jié)料形成顆粒膠體,增大了膠體有效粘接面積,包裹在骨料的表面,并填充在骨料的空隙中。在固化前,水泥起到了潤滑作用,使膠結(jié)料盡可能與骨料均勻混合。硬化時(shí),水泥顆粒與骨料、膠結(jié)料三者粘結(jié),減小了孔隙率,提高了PC 試樣的強(qiáng)度。而CaO、Al2O3 粉末本身價(jià)格較貴,作填料制取的PC材料強(qiáng)度也不太高,沒有多大使用價(jià)值。且CaO有很強(qiáng)的潮解作用,使制成的PC性能不穩(wěn)定。另外,粉煤灰填料可以降低干燥收縮率,減小滲透性,改善抗介質(zhì)侵蝕性,提高PC 制品的修整性[2] 。而且粉煤灰又是煤礦工業(yè)的副產(chǎn)品,來源廣泛,價(jià)格便宜,故粉煤灰是較理想的聚合物混凝土填料。

2.1.2 　尼龍纖維對PC材料劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

在上述以粉煤灰為填料的PC中又加入尼龍纖維,以尼龍纖維作為增強(qiáng)材料制取試樣,與未加入尼龍纖維的PC 對比,進(jìn)行劈裂抗拉強(qiáng)度測試,結(jié)果見表3。

表3 　尼龍纖維對PC性能影響
增強(qiáng)材料劈裂抗拉強(qiáng)度/ MPa
無7. 0
尼龍纖維8. 0

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),尼龍纖維的加入使PC性能有所提高。從劈裂面來看,尼龍纖維已經(jīng)完全斷開,這說明尼龍纖維和PC良好粘合,在PC中起到一定增強(qiáng)作用。尼龍纖維是一種纖細(xì)并且柔韌的織狀物材料,它的彈性模量較大,受力后不易變形[3] 。尼龍纖維通過與PC材料的復(fù)合作用提高了PC材料的強(qiáng)度,利用了尼龍纖維承受高強(qiáng)度應(yīng)力的能力和基體高聚物的切變性及其與尼龍纖維的粘合性能來傳遞應(yīng)力。當(dāng)尼龍纖維與基體出現(xiàn)相同的應(yīng)力變形時(shí),纖維中的應(yīng)力要比基體中的應(yīng)力大得多,即尼龍纖維承擔(dān)了大部分載荷。只有在纖維排列方向與載荷方向一致時(shí),才起到增強(qiáng)作用。尼龍纖維與PC之間界面粘結(jié)力一定要高,否則基體中的剪切應(yīng)力難以通過界面的粘結(jié)作用傳遞給纖維,尼龍纖維不能起到承受大部分載荷的作用,也就不能起到增強(qiáng)PC的作用。

2.1.3 　試樣尺寸對聚合物混凝土性能影響

試驗(yàn)采用三種不同尺寸的模具制備試樣,結(jié)果如表4。

表4 　不同尺寸試件的劈裂抗拉強(qiáng)度

尺寸/ cm

劈裂抗拉強(qiáng)度/ MPa

7. 07

6. 73

5. 50

7.23

4. 00

8. 00

由表面得到不同尺寸立方體試件與土木工程中常用的邊長value="7107" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">7107cm 立方體標(biāo)準(zhǔn)試件的比尺效應(yīng)系數(shù),如表5 。

表5 　不同尺寸立方試件與標(biāo)準(zhǔn)件換算系數(shù)

試件尺寸/ cm

比尺效應(yīng)系數(shù)

7. 07

1. 00

5. 50

0. 84

4. 00

0. 67

由表5 數(shù)據(jù)可以得到圖2

　 圖2 　PC 試樣比尺效應(yīng)

從圖2可以看出試件尺寸和對應(yīng)的劈裂抗拉強(qiáng)度換算系數(shù)呈線性關(guān)系,因此可以推算出研究范圍內(nèi)任一尺寸試件的劈裂抗拉強(qiáng)度。從表4中的數(shù)據(jù)可以看出,試樣尺寸越大,劈裂抗拉強(qiáng)度反而低,其原因可歸結(jié)到混凝土拉伸破壞模型上[4] 。因?yàn)榛炷廖闯惺茌d荷前就存在微裂紋和缺陷,即“薄弱環(huán)節(jié)”,從統(tǒng)計(jì)理論來看,試件尺寸增加,“薄弱環(huán)節(jié)”出現(xiàn)的概率也增加,性能也會下降。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)考慮到這一方面。

3 　結(jié)論

(1) 粉煤灰是一種比較理想的聚合物混凝土填料。

(2) 尼龍纖維作為增強(qiáng)材料可以顯著提高PC的劈裂抗拉強(qiáng)度。

(3) 試件尺寸對聚合物混凝土性能有很大影響,試件尺寸增加,劈裂抗拉強(qiáng)度反而降低。

參考文獻(xiàn)

[1]忻秀卿. 聚合物混凝土復(fù)合材料的技術(shù)進(jìn)展[J] . 新型建筑材料,1992 ,19 (2) :28 - 29.

[2]陳義初,譯. 粉煤灰的實(shí)際研究及其工程應(yīng)用[M] . 北京:人民交通出版社,1992.

[3]陳正鈞,等. 耐蝕非金屬材料及應(yīng)用[M] . 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995 , (3) :86 - 89.

[4]姜福田. 混凝土力學(xué)性能測試[M] . 北京:中國鐵道出版社,

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發(fā)布：2007-08-14 11:05    編輯：泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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