再生砂漿粉纖維增強水泥基復(fù)合材料拉伸及開裂性能研究

常琛

0 引言

纖維增強水泥基復(fù)合材料以水泥凈漿、砂漿或混凝土為基體，以非連續(xù)的短纖維或連續(xù)的長纖維作增強材料所組成水泥基復(fù)合材料的總稱。纖維增強水泥基復(fù)合材料具有抗裂、大延性、高韌性、抗沖擊、抗?jié)B、抗剪、耐高溫、耐腐蝕、良好的化學穩(wěn)定性和優(yōu)越的能量吸收能力，在減小混凝土裂縫、提高混凝土耐久性、改善混凝土脆性破壞、電學性能等方面都起了重要作用。隨著人們對工程質(zhì)量的要求日益提高，對纖維增強水泥基復(fù)合材料的需求也不斷發(fā)展變化，本文對再生砂漿粉纖維增強水泥基復(fù)合材料拉伸及開裂性能研究。

1 纖維增強水泥基復(fù)合材料

所處不同區(qū)域不同環(huán)境的建筑物，以及使用功能和性質(zhì)不同的建筑物，對建筑材料的要求也各不相同。纖維增強水泥基相較于傳統(tǒng)的水泥基來說優(yōu)勢更明顯，所以在建筑工程中得到了全面的推廣和使用。但是對于纖維的加入，只能是加入某種纖維，來提高水泥機某方面的性能。經(jīng)過實驗表明，不同的纖維能影響水泥基復(fù)合材料的不同的性能。比如，如果想增強水泥基復(fù)合材料的拉伸性和抗壓性，可以通過加入碳纖維或者是鋼纖維，如果想提高其韌性，可以通過加入乙烯醇纖維或者是乙烯類的纖維。為了能夠使水泥基復(fù)合材料滿足全方位的功能要求，可以通過將多種纖維同時加入到材料中，這樣可以使每種纖維都能對材料產(chǎn)生更好的影響效果。

2 纖維水泥基材料拌合物的表征參數(shù)

對于材料流動性的檢測，一般都是通過單點的檢測，為了能使測試數(shù)據(jù)更加的精確，一般都要通過很多輪的實驗才能得出最終的結(jié)論。一般用得比較多的測試流動性的儀器有：平板測試儀、葉片測試儀和同軸測試儀。把纖維水泥基材放入流變儀器中，通過特定的模式，就能看到相對應(yīng)的受力曲線，通過對流變曲線中各個參數(shù)的分析和計算，可以得出纖維最終的抗拉性抗塑性和抗扭轉(zhuǎn)力值。傳統(tǒng)的流變模型測試材料整體流變性能，一般可以測出來變形和應(yīng)力參數(shù)。為了使水泥基材料流動，性能測試數(shù)據(jù)更加準確。往往需要測試很多組數(shù)據(jù)，單一的數(shù)據(jù)不具有說服力，可以測試塑性粘度和屈服應(yīng)力。塑性粘度是指材料在抵抗外力的情況下，所產(chǎn)生的變形能力，屈服應(yīng)力就是在材料流動的過程中所產(chǎn)生的剪應(yīng)力。另外還有一些其他的測試方法和參數(shù)指標都可以反映出纖維水泥基材料的流動性。

3 試驗概況

3.1 材料及配合比

本次試驗中所使用的再生性質(zhì)的粉體有磚粉，混凝土粉和砂漿粉。把建筑垃圾通過機器進行粉碎，使其形成骨料，然后再使用球磨機將其粉碎成各種形狀和粒徑大小的骨料，這樣不但可以使水泥基材料整體的使用效果更明顯，可以提高材料整體的結(jié)構(gòu)性能。

3.2 試驗結(jié)果與分析

將上述配比的骨料制成混凝土構(gòu)件，然后再將其進行分組，每組四個，分四組，分別進行LVDT 的實驗，實驗過程中，需要將每組構(gòu)件所實驗出的結(jié)果一并記錄在冊，并且統(tǒng)一描繪出應(yīng)變的曲線圖，如圖1 所示。從圖中不難看出，每組構(gòu)件的應(yīng)變能力以及開裂現(xiàn)象都趨于理想值。根據(jù)國家的相關(guān)標準，鋼筋在受力情況下所產(chǎn)生的形變應(yīng)大于7%，以此得出，通過加入纖維對應(yīng)的水泥基復(fù)合材料，已經(jīng)全面滿足鋼型材的延展性要求。

圖1 FRCC 四組試件應(yīng)力-應(yīng)變典型代表曲線

從表1 很容易得出，當mp 材料替代水泥之后，材料整體的強度有所降低。對于不同的含量，對材料整體強度的影響也不同。當含量在13%，30%，50%時，材料的剪應(yīng)力分別下降7%，18%，材料的極限受力下降10～16%。含量在13～25%時，材料的剪應(yīng)力與極限應(yīng)力幾乎下降了相等的幅度，若將含量提高到50%，材料所受的力整體下降幅度都很大。其原因就是當再生材料代替水泥之后，材料中氧化鈣的含量降低，所以降低了材料的強度，而且材料中膠凝性的物質(zhì)減少之后，也會降低整體結(jié)構(gòu)的密閉性。一般再生材料的顆粒度較小，所以填充效果會更好一些。所以當再生材料含量比較大的時候，材料強度下降幅度會較小。當再生材料的含量從13%上升到25%時，材料的延伸性會提高，但是初始應(yīng)力值浮動不大，極限應(yīng)力上升了將近40%左右，當再生材料的含量增加到50%的時候，材料的延展性上升10%。所以得出以下結(jié)論，當再生材料的含量為25%時，對材料整體強度的提高值最大，當超過25%，整體強度會隨著含量的增加而降低。對于構(gòu)件所承受剪應(yīng)力為極限值的情況下，裂縫程度如上圖所示，對于受力區(qū)構(gòu)件內(nèi)部的裂縫基本分布得很均勻。

表1 RMP-FRCC 不同取代率配合比相關(guān)指標的實驗室測值

4 研究和應(yīng)用中需要解決的問題

（1）上述實驗過程最多的就是對材料的壓縮和彎曲，而對于多種纖維同時摻入的情況還需要加強研究。（2）對于現(xiàn)在所使用的水泥基復(fù)合材料中所插入的纖維，一般都是尺寸較大的，缺少一些尺寸較小的，比如納米或者是微米類的纖維，以此可以提高水泥基材料多種尺寸和多種強度的受力。（3）對于現(xiàn)階段所得出的纖維可以增強水泥基復(fù)合材料性能實驗數(shù)據(jù)相對零散，所以必須進行系統(tǒng)化的分析。目前實驗中，一般都是研究纖維在物理受力方面的性能，還需要對纖維、對水泥基復(fù)合材料整體的耐性等方面性能的提高建立系統(tǒng)的實驗，可以為hfrcc 提供更多的可參考的實驗數(shù)據(jù)，可以作為之后研究上的一個加強環(huán)節(jié)。（4）對于纖維的摻入，對于材料性能的改變，通常都是定性的分析，而沒有對纖維的摻入量做定量的研究。（5）對于纖維的定量分析一般都是分析纖維在水泥基材料中的分散性能，也是未來hfrcc 研究的一個重點。（6）對于現(xiàn)階段的實驗中所得出的纖維可以增強水泥基復(fù)合材料的性能，多半是集中在物理受力和抗性方面，而對纖維本身的特性和其韌性的研究數(shù)據(jù)很少，所以對于h 二cc 后續(xù)的研究需要對纖維整體的延展性和韌性都要更加深入了解。

5 結(jié)語

綜上所述，本文研究了再生砂漿粉對制備纖維增強水泥基復(fù)合材料拉伸及開裂性能的影響，根據(jù)研究結(jié)果和討論，可以得出以下結(jié)論：（1）再生粉料的顆粒微細，比表面積較高，粒度分布比較均勻。RMP 和RBP 的加入增加了二氧化硅的含量，可以增強其與基體間的二次水化反應(yīng)，RCP 的利用顯著增加了水泥基材料的碳酸鈣含量，再生粉體的摻入可有效提高纖維增強水泥基復(fù)合材料的拉伸和彎曲強度。（2）RMP、RBP反應(yīng)性的增加，在基本不降低拉伸應(yīng)變的情況下，有助于提高FRCC 的單軸拉伸強度。FA 的摻入削弱了纖維與基體的化學粘結(jié)，改善界面特性，從而增大了極限應(yīng)變，優(yōu)化了纖維增強水泥基復(fù)合材料的應(yīng)變硬化特性。（3）在建立纖維橋聯(lián)應(yīng)力模型時應(yīng)綜合考慮纖維取向、應(yīng)力衰變和斷裂模式等的影響，目前還沒有一個有效的指標能在設(shè)計階段就對裂縫的飽和程度控制，因此還應(yīng)加強此方面的研究。