高效減水劑對(duì)超高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料配制及性能的

1、中國科技論文在線高效減水劑對(duì)超高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料配制及性能的影響 邱輝作者簡介：邱輝（1987-），男，碩士，主要研究建筑物保護(hù)理論與技術(shù)，混凝土結(jié)構(gòu)抗火與抗震等. E-mail: qiuhui198707191.51.51.51.5Architectural engineering college,China University of Mining and Technology ,XUZHOU 221000中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，江蘇徐州，2210002210001879542670218795426702江蘇徐州中國礦業(yè)大學(xué)南湖校區(qū)杏苑三號(hào)樓A4052室qiuhui19

2、870719邱輝（1987-），男，碩士，主要研究建筑物保護(hù)理論與技術(shù)，混凝土結(jié)構(gòu)抗火與抗震等邱輝QIU hui邱輝1.51.51.51.51.51.51.51*|*期刊*|* Li V C.Adances in ECC Research,ACI Special Publication onConcrete:Material Science to Applications,SP 2002:206-23,373-400.2*|*期刊*|*2劉君杰，王建坤.纖維增強(qiáng)混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀J.天津紡織科技，2003，41（4）：9-14.3*|*學(xué)位論文*|*3高淑玲,徐世烺.PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料

3、拉伸特性試驗(yàn)研究J.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)4*|*專著*|*4沈榮熹,崔琪,李清海.新型纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合料M.北京:中國建材工業(yè)出版社,20045*|*專著*|*5吳芳,李樂民.聚羧酸系與萘系高效減水劑對(duì)水泥石孔結(jié)構(gòu)的影響J.化學(xué)建材*|1|邱輝|QIU hui|中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，江蘇徐州，221000|Architectural engineering college,China University of Mining and Technology ,XUZHOU 221000|邱輝（1987-），男，碩士，主要研究建筑物保護(hù)理論與技術(shù)，混凝土結(jié)構(gòu)抗火與抗震等|江蘇徐州中國礦業(yè)大

4、學(xué)南湖校區(qū)杏苑三號(hào)樓A4052室|221000|qiuhui1987071918795426702高效減水劑對(duì)超高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料配制及性能的影響|Admixture of ultra high toughness fiber reinforced cement base composite material to compound and performance influence|- 6 -（中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，江蘇徐州，221000）摘要：以聚乙烯醇纖維（簡稱PVA）-超高韌性水泥基復(fù)合材料（簡稱ECC）為研究對(duì)象，選用兩種不同的減水劑，通

5、過新鮮配制的ECC的坍落度試驗(yàn)，考察復(fù)合材料的流動(dòng)性，硬化ECC的直拉試驗(yàn)，研究了外加劑(主要是減水劑)對(duì)ECC的制配及工作性能、力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過合理選擇減水劑的類型及合理配合比設(shè)計(jì)，可以使PVA盡可能均勻的分布在ECC中，從而具有良好的工作性能，抗拉強(qiáng)度得到一定程度的提高，實(shí)現(xiàn)多裂縫開裂。關(guān)鍵詞：PVA,ECC,高效減水劑，流動(dòng)性，多裂縫開裂 中圖分類號(hào)：TU53Admixture of ultra high toughness fiber reinforced cement base composite material to compound and performan

6、ce influenceQIU hui(Architectural engineering college,China University of Mining and Technology ,XUZHOU 221000)Abstract: Polyvinyl alcohol (PVA) fibers (abbreviation PVA) - high toughness cement matrix composites (hereinafter referred to as ECC) as the research object, choose two different jianshuij

7、i, prepared by the ECC fresh slump test, inspects composite liquidity, hardening the ECC draw tests, and the admixture (mainly jianshuiji) with the system of ECC and work performance, mechanical properties. Experimental results show that, through the reasonable choice jianshuiji types and reasonable

8、 proportion design, can make PVA as evenly distributed in the ECC, which has good performance, tensile strength get considerably increased, achieve more crack craze.Key words: PVA; the ECC; efficient jianshuiji;liquidity; more fractured craze0 引言超高韌性水泥基復(fù)合材料（Engineered Cementiticus Compcsites，以下簡稱ECC

9、）1自從上世紀(jì)90年代初問世以來，以其高延性、高韌性、高阻裂等待性得到了國內(nèi)外材料界及工程界的普遍關(guān)注，并在日本、瑞士等國家有應(yīng)用于實(shí)際工程的報(bào)道2。ECC在使用體積率約2%的纖維（主要是合成纖維，如PVA和PE纖維）的情況下，以斷裂力學(xué)和微觀力學(xué)的概念為指導(dǎo)，對(duì)纖維、基體以及纖維基體界面進(jìn)行有意識(shí)的設(shè)計(jì)和調(diào)整，使設(shè)計(jì)出的復(fù)合材料通過產(chǎn)生多條細(xì)密裂縫來實(shí)現(xiàn)假應(yīng)變硬化的特征3。在制備流動(dòng)性較高的自密實(shí)ECC，噴射ECC時(shí)減水劑是不可缺少的成分。高效減水劑是在保證混凝土坍落度及水泥用量不變的條件下，有較高的減水和增加混凝土強(qiáng)度的效果的外加劑，可減少用水量12%以上，提高混凝土強(qiáng)度15%以上4。在保

10、證混凝土用水量及水泥用量不變的條件下，可以將混凝土的坍落度增加到20cm以上，大大提高混凝土的流動(dòng)性。本文以聚乙烯醇纖維（Polyvinyl Alcohol，以下簡稱PVA）-ECC為研究對(duì)象，選用兩種成分不同的減水劑，通過新鮮ECC的坍落度試驗(yàn)、硬化ECC的直拉實(shí)驗(yàn)來研究減水劑對(duì)ECC工作性能及力學(xué)性能的影響。為了實(shí)現(xiàn)ECC的良好多裂縫開裂，對(duì)減水劑的類型和摻量有研究的必要性。1、 實(shí)驗(yàn)概況1.1原材料膠凝材料：水泥、粉煤灰、礦渣；細(xì)骨料：細(xì)石英粉；水：自來水；外加劑：聚所酸系高效減水劑；PVA纖維。水泥石英砂粉煤灰礦渣圖1 四種膠凝材料Fig. 1 four cementitious ma

11、terial（1） 膠凝材料實(shí)驗(yàn)中使用的膠凝材料包括：水泥、粉煤灰、礦渣.本實(shí)驗(yàn)采用的是江蘇徐州淮海水泥廠的PO 42.5型普通硅酸鹽水泥。其基本物理指標(biāo)見下表表1 水泥物理指標(biāo)tab.1 Cement physical index細(xì)度0.08mm篩余（%）初凝（min）終凝（min）安定性（煮沸法）抗折強(qiáng)度（MPa）抗壓強(qiáng)度（MPa）3d28d3d28d4.0126189合格4.88.320.848.8粉煤灰和礦渣均采用徐州市華潤公司的級(jí)粉煤灰和s95級(jí)礦渣。（2）細(xì)骨料實(shí)驗(yàn)中細(xì)骨料選用200目的細(xì)石英粉，其性能指標(biāo)見表表2 石英砂性能指標(biāo)tab.2 Quartz sand performa

12、nce indicators篩孔直徑（mm）篩余量（g）分計(jì)篩余（%）累計(jì)篩余（%）1.180000.60000.31.20.240.240.15244.85.040.075306.561.366.340.075166.833.3699.7（3） 減水劑實(shí)驗(yàn)采用江蘇博特公司的SBTJM-A萘系高效減水劑和PCA聚羧酸高性能減水劑。（4） 纖維1）PVA纖維圖（a）K-pva纖維圖（b）國產(chǎn)pva纖維圖2 兩種pva纖維Fig.2 two kinds of pva fibers上圖中是國內(nèi)和日本出產(chǎn)的兩種pva纖維，可見，日本的纖維在光澤度上較好，且分布較整齊，國內(nèi)的纖維略似棉花，結(jié)團(tuán)在一起。本

13、實(shí)驗(yàn)采用日本可樂麗公司kuraray Co.生產(chǎn)的K-pva纖維，性能指標(biāo)見下表1。表3 國內(nèi)外的pva纖維性能Tab.3 PVA fiber properties at home and abroad纖維種類纖維長度（mm）長徑比彈性模量（GPa）伸長率（%）抗拉強(qiáng)度（MPa）密度（g/cm3）日本PVA1230042716001.3國產(chǎn)PVA1260035612001.3（5）水實(shí)驗(yàn)采用徐州市自來水1.2 試驗(yàn)儀器（1）攪拌機(jī)采用天津建儀儀器機(jī)械有限公司生產(chǎn)的JJ-5的水泥膠砂攪拌機(jī)，見下圖JJ-5的水泥膠砂攪拌機(jī)AEC水泥強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)圖3 試驗(yàn)機(jī)器Fig. 3 test machines（

14、2）模具直拉試驗(yàn)采用規(guī)格為160mm75mm12mm的三聯(lián)鋼模。抗折試模采用標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂試模，抗壓試模分別采用70mm70mm70mm三聯(lián)鋼模。1.3 實(shí)驗(yàn)方法將稱量好的干料（水泥、粉煤灰、礦渣和石英砂）倒入筒內(nèi)，干拌2分鐘，將稱量好的減水劑加入稱量好的水中充分混合后倒入筒內(nèi)，再次攪拌3分鐘，確?；w充分?jǐn)嚢瑁銐蚓鶆颉?.3.1基體坍落度試驗(yàn)（1） 試驗(yàn)儀器由于基體所需的流動(dòng)度非常大，幾乎可以自流淌，因此不能進(jìn)行跳桌試驗(yàn)，只是采用跳桌試驗(yàn)中的上口內(nèi)徑7cm，高度6cm，底部內(nèi)徑為10cm的流動(dòng)度筒進(jìn)行測(cè)量。如圖流動(dòng)度測(cè)量筒測(cè)量擴(kuò)展直徑圖4 流動(dòng)度測(cè)量試驗(yàn)Fig. 4 fluidity tes

15、ts（2） 測(cè)量方法將攪拌結(jié)束后的基體材料緩慢倒入流動(dòng)度筒中，待其注滿整個(gè)筒體后，此間不能受到任何外力擾動(dòng)，然后用刮刀將上表面刮平，靜置5s后迅速快速豎直提起流動(dòng)度筒，砂漿將由于重力作用而坍落，大約30秒以后，待所有漿液都停止流淌并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，用尺測(cè)量其垂直兩個(gè)擴(kuò)展方向的擴(kuò)展直徑d1和d2，并取其平均值D=（d1+d2）/2。2、 基體坍落度（流動(dòng)性）試驗(yàn)結(jié)果分析（1） 不同類型的減水劑對(duì)于基體流動(dòng)度的影響減水劑的工作原理是通過降低液體表面張力來引入大量微小氣泡，從而達(dá)到引氣隔離的“滾珠”效果5。對(duì)指定的基體2中加入SBTJM-A萘系高效減水劑和PCA聚羧酸高性能減水劑，并且分別測(cè)試不同減

16、水劑加入量的情況下基體的流動(dòng)性。經(jīng)測(cè)試，結(jié)果如圖1和圖2所示。圖1所示為萘系高效減水劑下基體的流動(dòng)度變化。可見，減水劑含量從1%加至2.4%，基體在攪拌過程中甚至都沒有發(fā)生液化，始終處于半干半濕狀態(tài)，距離ECC所要求的可自流淌的基體流動(dòng)性相差甚遠(yuǎn)，即使增至足夠的量使得基體發(fā)生液化，如此大的外加劑含量勢(shì)必會(huì)帶來較大的負(fù)面影響，另從產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)的角度權(quán)衡，如此大的外加劑摻入量也不合理，因此，萘系高效減水劑不適合作為ECC基體的外加劑。圖1 SBTJM-A萘系高效減水劑圖2 PCA聚羧酸高性能減水劑圖5 兩種不同減水劑減水效果圖Fig. 5 two different jianshuiji decrea

17、se water rendering（2） 經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)減水劑摻入兩的最佳范圍應(yīng)為膠凝材料總質(zhì)量的1.0%-1.2%。圖5為聚羧酸系高效減水劑含量與基體流動(dòng)度關(guān)系?？梢姡埕人嵯禍p水劑減水效果極好，0.8%含量下基體不能發(fā)生液化，隨著減水劑含量的增加基體流動(dòng)度快速增加，當(dāng)減水劑含量增至1.2%時(shí)，流動(dòng)度達(dá)到了37.5mm，幾乎可以無阻力自由流淌，并略微表現(xiàn)出流漿的現(xiàn)象。結(jié)合多次試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)及參照國外的研究成果【大連理工自密實(shí)】，D=32.9mm，本試驗(yàn)所確定減水劑摻入量的最佳范圍應(yīng)為膠凝材料總質(zhì)量的1.0%-1.2%。此時(shí)，基體可以自由流動(dòng)，且不流漿，不粘手，表現(xiàn)出極好的流動(dòng)性、保水性、粘聚性。3、結(jié)論（1）本文初次適配了各種ECC砂漿基體,確定了合適的減水劑類型及其摻入量。研究發(fā)現(xiàn)：減水劑宜采用聚羧酸系高效減水劑，且合適的摻入量為膠凝材料總量的1%-1.2%。（2）基體的流動(dòng)性、保水性、粘聚性是否足夠好是關(guān)系到ECC中的纖維是否能夠很好的均勻分布以及攪拌后的ECC是否具備良好的工作性能的關(guān)鍵。（3）基體的工作性能的好壞很大程度大取決于水膠比和減水劑的類型和加入量，因此對(duì)各種情況下的基體進(jìn)行流動(dòng)度的測(cè)量以確定合適的減水劑類型及加入量有研究的必要性。參考文獻(xiàn)：1 Li V C.