磷酸镁水泥砂浆与钢纤维粘结性能试验研究

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磷酸镁水泥(MPC)是一种兼具陶瓷、水泥和耐火材料特点的新型高性能材料,具有快硬、早强、负温下可凝固硬化、高粘结和低干缩等特性;但磷酸镁水泥基材料仍属脆性材料,其抗拉能力很弱。添加短钢纤维可对水泥基体进行增韧和增强,而钢纤维增韧增强效果很大程度上取决于纤维-基体的粘结性能。本文基于纤维拔出试验,研究了MPC基体配比、龄期、水泥类别以及钢纤维类别与间距等对纤维-基体界面粘结性能的影响;并借助纳米压痕仪和扫描电镜测试分析了界面过渡区的微观特性,揭示了各因素影响粘结性能的机理。主要研究结果如下:(1)钢纤维与水泥基体的界面粘结性能与基体强度密切相关。合适的水泥基体配比和硅粉掺量,不仅提高了基体强度,而且增加了界面密实度,减小了界面薄弱区厚度,改善了界面区微观结构,优化了界面粘结性能。(2)水化初期,钢纤维能较好发挥对钢纤维磷酸镁水泥基材料的增强增韧作用。6h界面粘结性能指标几乎达到了7d的一半,1d界面硬度最小值达到了7d的90%,证明养护初期试样的界面粘结性能发展良好。(3)相似抗压强度的三种水泥相比,钢纤维从MPC基体拔出时表面粘附的水泥颗粒最多,与MPC界面区硬度和弹性模量值最大,粘结性能最优,对MPC基体的增强增韧作用最为显著。(4)不同类别钢纤维与基体界面的粘结性能差异较大。微细钢纤维直径较小、表面镀铜,黄铜的强度和杨氏模量小于钢,从磷酸镁水泥基体中拔出时,纤维表面损伤较大、粘附的胶凝颗粒更多,拔出过程中的耗能更大,对基体的增韧效果更优。然而,纤维间距过小,可能会削弱单根纤维与基体的粘结性能,降低纤维对钢纤维水泥基材料的增强效果。纤维端部弯钩极大的提高了纤维对磷酸镁水泥基体的增强增韧作用,其对界面粘结性能的优化程度与基体抗压强度、纤维表面特性密切相关,但与水泥类别的相关性较小。沿纤维长度方向的变形增加了机械锚固力,纤维的界面粘结强度和材料利用率最高。(5)界面粘结性能的水稳定性较弱,尤其在浸水初期。M/P对粘结水稳定性的影响显著,M/P为3试样中存在的KH2PO4最多,粘结水稳定性最弱。M/P为4时界面受到的影响最小,基体强度保留率与界面粘结强度保留率最高。
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