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增強(qiáng)材料對(duì)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(duì)聚合物樹(shù)脂混凝土(PC) 強(qiáng)度的影響,并探討了試件尺寸對(duì)PC性 能的影響。關(guān)鍵詞： 填料; 增強(qiáng)材料; 聚合物樹(shù)脂混凝土; 試件尺寸0 引言 聚合物樹(shù)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(shù)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(duì)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(duì)聚合物樹(shù)脂混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響。試件尺寸對(duì)混凝土性能的影響,在混凝土性能測(cè)試中稱之為“比尺效應(yīng)”,本次試驗(yàn)對(duì)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(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)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(cè)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(cè)試。在研究尼龍纖維對(duì)PC 性能影響時(shí)采用邊長(zhǎng)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(cè)試。為了研究比尺效應(yīng)對(duì)PC 材料性能影響, 分別采用了邊長(zhǎng)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(cè)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(duì)PC性能影響

　 在環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑、樹(shù)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(cè)試如表2。

normal align=center>表2 　填料對(duì)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(duì)提高PC抗折強(qiáng)度有明顯優(yōu)勢(shì),而在后期對(duì)提高PC材料抗壓強(qiáng)度也有很大優(yōu)勢(shì)。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(rùn)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(méi)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(lái)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(duì)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(duì)比,進(jìn)行劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 　尼龍纖維對(duì)PC性能影響
增強(qiáng)材料劈裂抗拉強(qiáng)度/ MPa
無(wú)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(lái)看,尼龍纖維已經(jīng)完全斷開(kāi),這說(shuō)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(guò)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(lái)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(guò)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(lái)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(huì)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(duì)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(cè)試[M] . 北京:中國(guó)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(yè)]    [關(guān)閉]
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