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鳞片改性对混凝土细观抗裂性能影响的试验研究

2022-07-25 10:48:50

摘 要: 工程中常采用在混凝土中添加纤维的方法来增强混凝土的抗裂能力。鳞片是一种具有良好力 学性能的微米级材料,通过在混凝土中添加不同掺量、不同规格的玻璃鳞片、玄武岩鳞片,进行 6 组混凝土平 板试验、6 组混凝土抗折强度测试及 6 组声发射测试试验,研究鳞片改性后混凝土早期抗裂性能、硬化后力学 性能以及断裂过程中裂缝发展的变化规律。试验结果表明: 鳞片能有效减少混凝土早期裂缝开裂面积,提升 抗折强度,且主要提高了混凝土中微米级细观抗裂能力。 关键词: 鳞片; 混凝土; 抗裂; 平板试验; 抗折试验; 声发射试验


自水泥材料问世以来,混凝土作为建筑材料在 工程中运用越来越广泛。然而,混凝土是一种复杂 的多相复合材料: 在肉眼可见的范围内,可以把混凝 土看成为骨料与基质两相材料组成,然而肉眼可见 的两相材料并不是均匀分布的,在粗集料附近,骨料 周边 10 ~ 50 μm 厚度还存在一个界面过渡区,界面 过渡区通常比水泥基和骨料更薄弱,因此该结构对 混凝土力学性能的影响远比其尺寸产生的影响大得 多[1]; 其次,三相中的每一相本身也是多相的,骨料 本身就含有裂缝和孔隙,还可能含有多种矿物,水泥 浆体和界面过渡区两者一般也都含有不均匀分布 的、不同类型的固相、孔隙与微裂缝。可见,混凝土 是一个由不同尺度结构组成,并伴有不同尺度的空 隙和裂缝的复合结构。 目前工程中常在混凝土中添加纤维来限制裂缝 的开展,提高混凝土的抗裂能力,常 用 的 有 钢 纤 维[2]、碳纤维[3]、玻璃纤维、聚丙烯[4 - 5]和聚乙烯醇 纤维[6 - 7]等,能有效提高混凝土抗裂性能和韧性,但 是纤维由于自身尺寸限制,主要对毫米级的裂缝有 限制作用,对于混凝土中更细小的裂缝限制效果有 限,由此可以通过在混凝土中添加微米级阻裂材料 限制混凝土微米级裂缝的发展,从更微观的尺度提 高混凝土的抗裂性能。


鳞片材料为某些无机化合物经物理或化学方 法处理后,成为一定粒径和厚度的薄片,常见的有 玻璃鳞片、玄武岩鳞片、石墨鳞片、锌铝合金鳞片、 不锈钢鳞片以及云母鳞片等,鳞片材料呈片状,一 般片径为 20 μm ~ 2 mm,厚度在 2 ~ 5 μm 之间,具 有良好的机械和力学性能。其中玻璃鳞片材料广 泛应用于涂料行业[8 - 9],能较好地提高涂料的抗冲 击性能、抗渗透性和耐磨性能,相对于其他鳞片材 料而言,玄武岩鳞片和混凝土具有较高的黏结性 能,玄武岩中铁氧化物、氧化铝含量较高,而碱性 氧化物则较少,具有更好的耐酸碱性。娄建立通 过试验证明鳞片可以改善水泥砂浆机械强度、表 面硬度、耐磨性和抗介质渗透性,还可以吸收一部 分水泥砂浆在水化或干燥时产生的内应力[10]。基 于纤维改性混凝土的思路和成果,本文设计在混 凝土中添加不同规格和不同类型的鳞片材料,研 究其对混凝土早期抗裂性能、力学性能以及断裂 过程的抗裂性能的影响,为采用多种纤维和材料 改性混凝土抗裂性能的研究提供新的思路。


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