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近年来,由于粉煤灰、矿粉等矿物掺合料对混凝土的性能特别是耐久性的贡献逐步被认识,矿物掺合料在各种结构工程中得到广泛的应用。为了充分发挥矿物掺合料的潜在火山灰活性等优异性能,高活性的矿物掺合料如超细矿粉也正被推向土木工程中寻求应用。本文采用超细矿粉制备高性能水泥基复合材料薄板,以将薄板作为混凝土的永久性模板为目的,将薄板与混凝土构成组合梁,开展探索性研究。主要研究内容如下:
选用超细矿粉配制水泥基材料,比较其与普通矿粉、硅灰对水泥浆体的力学性能影响。分别通过水化热、XRD和MIP分析新拌浆体的水化热、硬化水泥浆体的水化产物、最可几孔径及孔隙率。结果发现,粒径明显偏小的超细矿粉具有较高的火山灰反应活性,可以明显促进浆体的早龄期水化,1天时水化产物中Ca(OH)2的衍射峰便明显低于纯水泥浆体和掺普通矿粉、硅灰的水泥浆体。MIP分析发现:在各龄期,掺超细矿粉的水泥浆体的最可几孔径和累积孔隙率均小于掺普通矿粉的水泥浆体和纯水泥浆体;掺超细矿粉的水泥浆体的累积孔隙率明显小于掺硅灰的水泥浆体;超细矿粉明显提高浆体早期水化进程,在水泥浆体中起到了细化浆体孔结构、提高密实度的作用,可以用来制备高早强、高致密的水泥基复合材料。
通过基本力学试验、干缩测试、抗冲击性能以及静载弯曲试验,比较聚乙烯醇(PVA)纤维在体积掺量为0%、1%、1.7%对水泥基薄板性能的影响,发现随着纤维掺量的增加,薄板的抗干缩、抗冲击及静载弯曲性能都有较大幅度的提高。通过电镜分析(SEM)证实高强、高弹模PVA纤维与水泥基体具有良好的粘结性能,与基材共同承受应力,提高薄板的变形、抗冲击性能;SEM形貌清晰显示PVA纤维在基材中呈拔断破坏,断裂面相当不规整,在破坏过程中PVA纤维吸收了很大的能量;声发射的监测证明:纤维掺量1.7%的薄板声发射信号明显少于其它薄板,内部损伤较小。
使用以上试验制备的高性能水泥基复合材料薄板制作小尺寸的平板式模板,并进行不同的表面处理,用此模板浇注混凝土组合梁试件进行静载弯曲和声发射试验研究,并与同条件下普通混凝士进行对比。结果显示,纤维水泥基复合材料薄板与混凝土构件制各的组合梁具有明显优于普通混凝土的抗弯韧性,具有更高的抗弯承载力;声发射信号结果显示:混凝土及素组合梁加载初期高幅值信号明显,脆性特征明显;随着纤维掺量的增加及薄板厚度的增加,低幅值信号所占的比例增大,破坏时间延长,组合梁的断裂过程是一个延续的过程;最后运用声发射定位分析确定了组合梁损伤发生的大概位置,为静载弯曲试验的结果分析提供依据。组合梁的性能研究为将高性能水泥基复合材料薄板作为制作参与性永久性混凝土模板的理想选择材料提供了初步的探索。