水泥基复合墙体材料（精选7篇）
水泥基复合墙体材料 篇1
0 引言
随着我国国防和经济建设的发展,要求城市建筑物必须绿色环保,从某种程度上说也就是要求这些建筑材料具有某种或多种功能特性。通常是集中于节能、安全方面的考虑研究这些建筑材料。目前我国电磁环境污染成为建筑(生产、生活)环境的一个重要问题。因为除了尚待深入研究的居民身体健康方面的影响之外,电磁环境污染已经对各种电磁敏感设备的正常运转和通信系统的良好服务造成了严重的不良后果。因而产生了建筑物对微波穿透和吸收性能的需求。通常的建筑水泥都不具有良好的微波吸收功能。为了获得理想的微波吸收能力,建筑物中往往另加构件如金属网(板)、特种涂料等,这除了增加建筑成本之外,还存在建筑物本身其它难以解决的问题,如附加金属网需要改造原有建筑,既破坏了建筑物的视觉效果,也可能破坏原有建筑的整体结构特性,影响建筑物的质量;而采用特殊的涂料,其最大的难题是涂层的脱落和开裂问题。
除了上述的和信息安全方面对建筑物电磁环境控制的需求之外,近年来反恐要求改变了用于敏感电子电器设备公共建筑的设计需求[1]。这使某些建筑用作交通系统管理和控制的中心。这些建筑既要考虑普通的电磁兼容问题、电磁脉冲辐射问题和有意电磁干扰的威胁,更要求这些建筑的围墙设计成具有防暴性能,所以必须获得可用性和结构完整性的平衡,事实上这是所有钢筋混凝土完整性要求的附加性能。像钢筋混凝土一样,通过在水泥中复合合适性能的材料,得到既有利于微波信号的穿透性能控制,又有助于水泥获得很好的力学性能的水泥基复合材料,成为一种很好的选择。
近年来对于增加水泥材料的微波吸收能力,有许多用不同微波吸收剂制造水泥基复合材料的方法,如添加钢纤维改进水泥的方法等[2],但是这种水泥的制作成本高、且存在水泥混凝土难以混合等其它问题,而实际施工中则要求工艺简单、成本低廉的方案[3]。本文的研究在详细研究吸波材料构成机理的基础上,结合水泥建材的最新成果———复合水泥基材料的研究,开展了制作工艺简单、成本低廉的微波吸收建筑材料的制备和性能研究。
1 材料设计原理与样品制备
1.1 材料设计原理
为了获得高效微波吸收能力的建筑墙体材料,需要根据物理(电动力学)要求寻求最佳混和物的物理化学途径。采用不均匀的两组分和多组分材料是最有前途的途径之一。
根据材料吸波机理和水泥基建材复合原理[4],确定了通过选择造价低廉、物质元素和水泥组成元素性质接近、易于混凝土制作的材料作为微波吸收剂,同时把它用作水泥基复合材料的一种组分构成新型水泥基微波吸收材料方案。然后制作不同配比、能保持建筑物力学特性要求的水泥混凝土墙体材料的实验样品,并通过试验测试材料的微波吸收性能。
1.2 原材料和样品制备方法
使用的基本原料有:32.5级普通硅酸盐水泥、细砂、纳米碳黑、分散剂、减水剂、水和钢纤维,其中纳米碳黑粒径约为40 nm,钢纤维的直径约为100μm、长度约为3～4 cm。
样品制作步骤:混合物粘合剂用普通硅酸盐水泥,根据需要的强度要求,基本按照m(水泥)∶m(砂)∶m(水)=1∶1∶0.3配制。然后把纳米碳黑、分散剂、减水剂放入混合物中充分搅拌,使其均匀分布,然后开始制作复合材料样品。
2 试验结果与讨论
2.1 水泥基复合材料试样的样品
按照符合上述原理和试样制备方案的要求,制备了纳米碳黑含量为0～3%、厚度分别为2 0 mm和3 0 mm的2组14块试样[5]。
2.2 材料的微波吸收性能
对于试验制得的不同纳米碳含量30 mm和20 mm厚试样,根据自由空间测量法的原理,采用FL0122GJB2038—94规定测量雷达吸波材料反射率的基本要求[6],实际测试选用了方法102:RAM反射率弓形测试法测量了它们在8～18 GHz、18～26.5 GHz频段范围内的微波性收性能。主要结果如下:对于30 mm厚的样品而言,在8～18 GHz频段范围内,纳米碳黑掺量为0.5%的试样吸收性能最好,在8～18 GHz的频段内吸收能力为3～15 dB,在18～26.5 GHz频段吸收能力为4～20 dB。对于20 mm厚试样,在8～18 GHz频段范围内,此曲线图与厚度为30 mm试样非常相似。同样可以获得在8～18 GHz的频段内吸收能力为3～11 dB,在18～26.5 GHz频段吸收能力为3～8 dB试样。图1给出的是30 mm厚不同配比样品的测试结果。
图2是30 mm厚纳米碳黑水泥基混凝土反射系数与纳米碳黑掺量的关系。
由图2可看出,当含碳黑量为2%～3%时,吸波材料的反射率明显要大于含碳量为0～1%的吸波材料的反射率。而含碳黑量为1.5%的吸波材料的反射率大体上要大于含碳量为1%的反射率。当含碳黑量为1%～2%时,吸波材料的反射系数出现了最高值,吸收性能最弱。此种情况的出现,说明了吸收率的大小除了与含碳黑量有关外,还受其它因素的影响。这是以后需要从机理上深入研究的问题。从图2还可以看出,含碳黑量与材料反射系数的关系并不是呈线性关系。在较高频段时(大于20 GHz)时,含碳黑量为1%的混凝土样本吸收率最大,其吸波性能也最好,而在较低频段时,吸波性能较稳定[5]。
3 结语
本文在考虑建筑物整体性和力学性能要求的前提下[7],研究了微波吸收建筑墙体材料。以保证墙体材料完整性和力学性能又具有良好的微波吸收性能为原则,设计了纳米碳水泥基建筑墙体材料,制备了不同配比的材料样品。对这些样品的微波吸收性能按照FL0122GJB2038—94的要求进行了测试。根据测量确定,可以获得在8～18 GHz的频段内吸收能力为7.5～17 dB,在18～26.5 GHz频段吸收能力为10～15 dB试样。研究结果表明达到了预期的研究效果。
但是本研究仍有几个方面需要深入研究和说明:第一是材料吸波机理的研究,只有这方面有了好的研究结果才能设计更好吸波材料;第二是材料性能的测试方面,应在条件允许的条件下开展更合理的测试;第三,本研究的测试结果在测试技术的精度范围内是可信的;第四,本研究的样品保证甚至提高了水泥墙体材料的力学性能[7]。
参考文献
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水泥基复合墙体材料 篇2
近年来,随着经济的不断发展,人们对轻质高强建筑材料的需求量越来越大,这对降低结构自重和减小结构构件非常有利。
本实验研究从环境保护和资源综合利用出发,以EPS颗粒为轻骨料,石膏-矿渣胶凝材料作为胶结材料,添加硅酸盐水泥及棉花秸秆纤维,制备出具有良好保温隔热性能的复合墙体材料。但是EPS颗粒作为建筑材料在使用上由于其质量轻和表面憎水,表观密度只有12~22 kg/m3,在振捣过程中与石膏浆体界面粘结力弱,易产生上浮现象。目前的处理方式主要进行化学处理、界面添加剂及采用“造壳”法和“造壳静停”等[1,2,3,4,5,6],但这些措施大大提高了EPS混凝土的价格和操作难度。本实验研究采用添加适量棉花秸秆纤维的方式来改善EPS颗粒悬浮的缺点,通过试验寻求石膏基EPS复合保温墙体材料的最优配合比。
1 实验
1.1 原材料
EPS颗粒:由废弃聚苯乙烯泡沫经专用破碎机破碎而成,粒径小于5 mm,密度18 kg/m3,基本保持了原状EPS颗粒的特征,即质轻、导热系数小。
石膏:生达牌建筑石膏。
工业矿渣:八一钢铁有限公司工业副产品。
硅酸盐水泥:新疆青松水泥股份有限公司42.5级普通硅酸盐水泥。
石膏缓凝剂:山东临沂黑马石膏建材有限公司。
棉花秸秆纤维:新疆石河子市郊区(当年产)。
1.2 试样制备
先将粉碎棉花秸秆纤维与矿渣搅拌均匀,然后加入石膏和水泥搅拌均匀,再与适量水搅拌1~2 min,再加入EPS颗粒搅拌1~2 min,形成黏稠状浆体,制成40 mm×40 mm×160 mm的试件,成型后在自然环境下养护7 d,测试其抗压、抗折强度等物理力学性能。
2 试验过程及结果
2.1 掺加工艺的确定
在石膏基复合墙体材料的制备过程中,当棉杆纤维的长度和掺量确定的情况下,掺加工艺的不同会影响复合材料的各项性能,需要通过试验确定最佳的掺加工艺。试验采用添加总质量3%的棉杆纤维和0.5%的EPS颗粒,分别采用先掺法、同掺法和后掺法制备复合材料,先掺法是纤维先和水搅拌均匀再和石膏矿渣混合,同掺法是纤维和矿渣石膏搅拌均匀再加水搅匀,后掺法是石膏矿渣先与水搅匀后再与纤维混合,最后添加聚苯颗粒拌和。对3种掺加工艺制备的复合材料的性能进行测试,考察抗折强度和抗压强度,得出最佳掺加工艺,测试结果见表1。
由表1可以看出,采用同掺法制备的石膏复合材料力学性能最优,为最佳掺加工艺。棉花秸秆纤维制备后的实际状态是成团絮状分布,不易完全分散,而采用同掺法时,棉花秸秆纤维先与矿渣石膏等干拌,可以把棉杆纤维彻底分散。此种掺加工艺保证了棉杆纤维分散均匀以及对聚苯颗粒的包裹,保证了石膏矿渣对棉杆纤维和聚苯颗粒的包裹,故同掺法要优于其它2种掺加工艺。
2.2 棉花秸秆纤维对EPS颗粒和易性的改良
棉花秸秆是一种应用价值很高的可再生纤维素资源,秸秆中含碳量约占60%以上,其有机成分主要是高聚糖(纤维素+半纤维素)。棉花秸秆其中纤维素35.50%、半纤维素21.98%、木质素19.87%、灰粉4.89%。棉花秸秆纤维在和EPS颗粒拌和过程中对EPS具有一定的缠绕作用,同时纤维中析出的糖份对EPS颗粒表面有吸附作用,这使得EPS颗粒在拌和及振捣过程中不易上浮,均匀地分布在胶凝材料当中。具体实验方案为:石膏50%、矿渣37%、水泥10%、EPS颗粒0.7%、纤维掺量0~5%,制成100 mm×100 mm×100 mm的试块,每组实验用振动机振捣30 s,自然条件下养护7 d后,对不同位置进行切割,分析对比EPS颗粒分布。EPS颗粒分布见图1。
由图1可以看出,当棉杆纤维含量为1%时,可以明显看见颗粒上浮;当棉杆纤维含量为2%时,颗粒上浮不明显,但试块底部颗粒含量较少;当棉杆纤维含量为3%时,颗粒分布均匀。纤维含量继续增加,聚苯颗粒分布依然均匀,考虑到棉杆纤维含量过多会影响材料整体强度,所以采用3%的添加量进行后续实验。
2.3 EPS含量对复合材料性能的影响
EPS泡沫颗粒作为保温骨料,添加石膏、矿渣、普通硅酸盐水泥、缓凝剂,取液固比为0.65,每种配合比成型40 mm×40mm×160 mm试件3块,在特定的自然条件下养护,测得试件抗折强度、抗压强度和密度。试验分6组,石膏50%、矿渣37%、水泥10%、纤维掺量为3%,EPS颗粒(0.1%~1.1%),测试结果如图2所示。
从图2可以看出,随着EPS颗粒掺量的增加,其在试件中的体积增大,密度减小。同时随着EPS颗粒掺量的增加,导致石膏浆体所占体积量减少,相应的胶结组分减少,EPS颗粒在基体内产生大量的有害孔径,导致材料的抗压和抗折强度下降,甚至出现“掉渣”现象。另外注意到在加压过程中,EPS混凝土试件变形较大,显示出良好的韧性,即使在试件发生破坏时,其破坏过程也是逐渐变化的,这表明石膏基棉杆纤维EPS复合材料具有优异的减振吸能作用。考虑到该复合材料是作为非承重墙体材料,兼具保温功能的情况下要求具有一定的强度,根据试验数据分析,选用聚苯颗粒0.9%、石膏50%、矿渣37%、水泥10%、棉杆纤维3%,液固比为0.65作为最佳配比。
3 结语
(1)通过添加棉花秸秆纤维制备的石膏基EPS复合墙体材料,在没有掺入特殊EPS改性剂的情况下,改善了EPS颗粒与石膏无机胶凝材料的黏结强度及和易性,并且仍表现出良好的力学性能;可以制备出表观密度为850~1200 kg/m3,抗压强度达2.4~5.0 MPa的EPS石膏基EPS复合墙体材料。用该材料制成的砌块可以用作框架结构或轻钢结构非承重保温填充墙。
(2)石膏基EPS复合墙体材料较为合理的质量比配方为:EPS颗粒0.9%、石膏50%、矿渣37%、棉杆纤维3%、硅酸盐水泥10%,液固比0.65。
(3)石膏基EPS复合墙体材料的生产利废节能,使用了废弃EPS和棉花秸秆这2种工业和农业废弃物,拓展了资源循环利用的新途径,有利于环境保护。
摘要：以废弃EPS颗粒和石膏-矿渣胶凝材料为主,辅以棉花秸秆纤维,研究配制出物理力学性能及和易性良好的EPS墙体材料。该复合墙体材料的生产利废节能,并具有较好的保温性能及抗压、抗折强度,为固体废弃物再利用提出了资源化的新途径。
关键词：聚苯乙烯泡沫颗粒,石膏,棉花秸秆,复合墙体材料
参考文献
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[5]陈兵,陈龙珠.EPS轻质混凝土力学性能研究[J].混凝土与水泥制品,2004(3):41-45.
浅谈纤维增强水泥基复合材料 篇3
1 纤维增强水泥基复合材料类型
因基体组成不同, 可将纤维增强水泥基复合材料分为“纤维增强水泥”和“纤维增强混凝土”, 两种类型的对比如表1[2]。
根据纤维弹性模量的高低可将纤维增强水泥基复合材料分为低弹模纤维增强水泥基复合材料和高弹模纤维增强水泥基复合材料。低弹模纤维有尼龙、聚丙烯、聚乙烯、有机纤维等, 高弹模纤维有钢纤维、玻璃纤维、碳纤维等。低弹模纤维只能改善水泥基复合材料的韧性, 而高弹模纤维不仅能提高水泥基复合材料的韧性, 还能大幅度增强其抗拉强度和刚性。
纤维的不同特性使纤维增强水泥基复合材料具备不同的性能。表2是几种主要纤维的物理力学性能[3,4], 可以看出钢纤维、碳纤维、芳族聚酰亚胺纤维 (PRD-49) 都是高弹模纤维, 抗拉强度也较高, 聚乙烯纤维、尼龙纤维、聚丙烯纤维等都是低弹模纤维, 但这几种纤维的极限伸长率较大, 使用时应根据不同需求选择纤维种类。
表3介绍了几种主要纤维混凝土的耐久性情况, 可看出相对于普通钢筋混凝土, 玻璃纤维混凝土、芳族聚酰亚胺纤维混凝土、碳纤维混凝土在酸性环境、碳化潮湿环境和海水中都显示出优越的耐久性。
表中:-表示低;o表示平均水平;+表示良好;++ 表示优秀, 密度以小为优
近年一种超高韧性纤维增强水泥材料 (Ultra High Toughness Cementitious Composites , 简称UHTCC) 逐渐兴起, 并迅速在土木工程中得到广泛重视。UHTCC材料采用PVA纤维增强水泥, 其极限拉伸强度为5～10MPa[6], 宏观极限拉应变可达到3%～7%[7,8,9], 这一抗裂指标可达普通混凝土极限拉应变的150～300倍, 其他普通纤维混凝土极限拉应变的30～300倍[10], 极限荷载时裂缝宽度可控制在100μm以内。表4为UHTCC材料与普通纤维混凝土和一般高性能纤维增强水泥基复合材料的对比。从表4中看出UHTCC在抗拉性能、拉应变、裂缝宽度、工艺等众多方面都显示出自身的优越性, 比普通纤维混凝土、一般高性能纤维增强水泥基复合材料仅通过调整纤维掺量来实现特性的方法具有更显著的区别和优势。
2 纤维增强水泥基复合材料的阻裂机理
2.1 纤维间距理论[1,11]
纤维间距理论是根据断裂力学解释纤维对混凝土中裂缝的阻裂作用, 这一机理认为:水泥和混凝土内部本身存在尺度不同的微裂缝、空隙和缺陷, 欲提高这种材料的强度, 必须尽可能减小缺陷的程度, 提高这种材料的韧性, 降低内部裂缝端部的应力集中系数, 降低裂缝的数量和尺度。而纤维的加入有效地提高了基体阻止裂缝发生和扩展的能力, 达到纤维对混凝土的增强目的。当纤维的间距小于某一值后复合材料的抗拉强度会提高。Rumualdi等人认为, 当纤维的平均中心间距小于7.6mm时, 纤维增强水泥基复合材料的抗拉或抗弯初裂强度得以显著提高。
Rumualdi等提出了纤维增强水泥基复合材料中纤维呈三维乱向排列时的纤维平均间距计算公式
式中,
2.2 复合材料理论[1]
复合材料理论是考虑纤维在基体中的连续性、分散均匀性和分布方向对水泥基复合材料增强效果的影响, 将纤维增强水泥基复合材料看作是一种纤维强化体系。复合材料理论将复合材料视为多相系统, 在弹性范围内, 复合材料的弹性模量和强度性能可视为复合体内各相性能的叠加, 通过应用混合原理推定纤维增强水泥基复合材料的抗拉强度, 建立纤维增强水泥基复合材料的抗拉强度与纤维的掺入量、方向、长径比及粘结力之间的关系。
当使用连续的长纤维时, 纤维增强水泥基复合材料的抗拉极限强度公式为
R
式中, R
当使用短纤维时, 纤维增强水泥基复合材料的抗拉极限强度公式为
式中, η1为纤维有效长度系数,
2.3 抗冻融机理[11]
水泥基复合材料中掺入纤维能增加复合材料中的含气量, 当孔隙内水冻结时, 这些微小封闭气泡被压缩, 可有效减轻冰冻给孔隙带来的胀压力, 提高水泥和混凝土的抗冻能力;一些纤维的弹性模量随温度的降低而提高, 低温条件下对纤维水泥基复合材料的抗冻能力起着正面增强效应;纤维的桥接作用能够改善水泥基复合材料的内部缺陷, 增强复合材料自身抵抗冻融的能力;纤维直径小、数量大、纤维间距小, 增加了冻融损伤过程中的能量耗损, 有效阻止了裂缝的扩展, 降低水泥和混凝土的冻胀开裂, 提高水泥基复合材料的抗冻能力。
3 纤维增强水泥基复合材料的评价方法
为全面反映纤维增强水泥基复合材料的内在品质, 需要评价纤维增强水泥基复合材料的性能, 评价方法主要有力学性能试验方法、耐久性试验方法和断裂试验方法。
力学性能试验方法包括立方体抗压强度试验、轴心抗压强度试验、静力受压弹性模量试验、劈裂抗拉强度试验、直接拉拔强度试验、抗剪强度试验、抗折强度试验、抗折弹性模量试验、弯曲韧性试验、抗冲击性试验等。耐久性试验方法包括抗冻性能试验、抗水渗透性能试验、收缩试验、碳化性能试验等。断裂试验方法包括楔入劈拉试验、三点弯曲梁试验等。
其中弯曲韧性是反映纤维增强水泥基复合材料内在品质的重要指标, 是评价纤维增强水泥基复合材料韧性和开发设计控制其种类、配比的重要指标。弯曲韧性主要有四种代表性方法[2,11]:
3.1 美国ASTM-C1018韧度指数法
美国ASTM-C1018韧度指数法[12]的试件尺寸采用100mm×100mm×350mm, 通过三分点加载试验计算韧性指数I5、I10、I30:
式中, A1是初裂挠度为δ时荷载—挠度曲线下的面积, A2是挠度为δ和3δ之间的荷载—挠度曲线下的面积, A3是挠度为3δ和5.5δ之间的荷载—挠度曲线下的面积, A4是挠度为5.5δ和15.5δ之间的荷载—挠度曲线下的面积。
我国《钢纤维混凝土试验方法》CECS13:89中的弯曲韧性基本上采用这种试验方法, 并且明确了钢纤维初裂强度测定方法, 初裂强度按下式计算:
式中, ffc, cra为钢纤维混凝土的初裂强度, Fcra为钢纤维混凝土的初裂荷载, l为支座间距, b为试件截面宽度, h为试件截面高度。
3.2 ASTM-C1399-98方法
ASTM-C1399-98方法[13]是通过将钢板垫放于试件底部的方法确定剩余强度指数RSI:
式中, MOR为梁的抗折强度, ABS为梁的平均剩余强度。
这里, P0.5、P0.75、P1.0、P1.25分别是挠度为0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.25mm时对应的荷载值, l为梁的跨度, b、h分别为梁的宽度和高度。
3.3 日本JCI-SF4当量抗折强度法
日本JCI-SF4当量抗折强度法[14]的试件尺寸为100mm×100mm×350mm, 该方法通过三分点加载试验确定韧度因子:
式中, σb为弯曲韧性系数或称为当量抗折强度, l为跨度, δtb为
3.4 挪威NPB NO7法
挪威NPB NO7法[13]与ASTM方法相同, 但试件为板式试件, 通过试验建立了韧性等级与对应挠度的剩余强度关系, 如表5所示。该方法要求不同强度等级纤维混凝土的弯拉强度必须满足表6的要求。
4 工程应用
多类型纤维优异的物理化学性能, 使纤维增强水泥基复合材料具备许多优越性能:较高的抗裂、抗渗性能, 较强的抗冻、耐碱性能, 良好韧性和优越的抗冲击性能等, 能够满足工程的多种需要。纤维增强水泥基复合材料可用于桥面和路面 (公路和机场跑道) 的罩面层, 建筑、桥梁、水工、隧道和采矿工程中的各种增强结构, 高层建筑的地下室、污水处理厂的污水池、游泳池、渡槽等防水、防渗工程, 抗震、防火、防爆、抗侵蚀的特种工程与军事工程, 大坝面层、护坡、梁、板、柱、墩的混凝土修补和加固工程, 边坡的固定, 以及各种预制水泥基产品等。
摘要：纤维增强水泥基复合材料作为新型工程材料已在土木工程多领域中得到广泛地应用。对纤维增强水泥基复合材料的类型、阻裂机理、评价方法和工程应用等各方面加以介绍, 探讨纤维增强水泥基制品工业今后的发展方向, 为不同类型的纤维增强水泥基复合材料产品在实际工程中的设计和应用提供参考。
水泥基复合墙体材料 篇4
纤维混凝土由于具有较高的强度、力学性能稳定等优点[1,2,3],被广泛应用于市政、桥梁、海洋、地下、道路、水利及军事防护等工程,在我国城市化建设进程中发挥了不可替代的重要作用。然而,我国大规模的基础工程建设为其发展带来机遇的同时也带来了挑战:一方面,目前针对FRCC的研究方式较单一,对混杂FRCC断裂性能的研究较少[4,5,6,7];另一方面,随着我国大规模工程建设的不断推进,超高层、超大体积以及超大跨径等新型混凝土结构不断出现,对水泥基材料的性能和功能提出了新的、更高的要求[8,9]。此外,基于断裂力学,材料的断裂能和断裂韧度是衡量材料断裂性能的重要指标,是描述材料对裂纹扩展阻力大小的参数,它们的大小标志着材料裂纹扩展的难易程度[10]。因此,本文通过缺口梁的三点弯曲试验,研究了纤维对混杂FRCC断裂性能的影响,可为以后混杂FRCC断裂性能的研究提供一定的理论依据。
1 试验概况
1.1 原材料
水泥:P·O 42.5级普通硅酸盐水泥,其性能符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》[11]要求。
粉煤灰:南京某电厂生产的Ⅰ级粉煤灰,其性能符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》[12]要求。
石英砂:中粗石英砂,细度模数为2.8,粒径为0.3~1.0mm。
减水剂:采用DC-WR2聚羧酸高性能减水剂。
纤维:SE纤维采用超细、高强SE纤维,见图1(a);合成纤维采用聚丙烯纤维(PP),见图1(b)和聚乙烯醇抗裂纤维(PVA),见图1(c)。三种纤维的物理力学参数见表1。
1.2 试验配合比
根据混杂FRCC断裂性能对比试验要求,依据高性能水泥基复合材料理论[13],本文的缺口梁三点弯曲试验设计了12组配合比,具体配合比如表2所示。其中,系列Ⅰ为参照配合比,PC为素水泥基材;系列Ⅱ用于研究纤维比例对SE-PP混杂FRCC断裂性能的影响;系列Ⅲ用于研究纤维比例对SE-PVA混杂FRCC断裂性能的影响。由于每组配合比的用水量是设计确定的,故根据拌合物的和易性调节减水剂用量。
2 断裂能及断裂韧度计算方法
2.1 断裂能计算方法
断裂能的计算方法采用DL/T 5332—2005《水工混凝土断裂试验规程》[14]规定所给公式:
式中:GF为断裂能;W0为荷载挠度全曲线的面积;m为两支座间试件的质量;δ0为挠度;Alig为梁的韧带净面积。
2.2 断裂韧度计算方法
断裂韧度采用由ASTM建议的公式[15]计算:
注:S代表SE纤维,A代表PVA纤维,P代表PP纤维,即:S1.0A0.5表示SE纤维体积率为1.0%,PVA纤维体积率为0.5%。
式中:S、h、t、a0分别为试件跨度、高度、厚度和初始缝长;Pmax为试验测得的最大荷载。
3 试验结果分析
由式(1)和式(2)可计算得出各配合比的断裂韧度与断裂能,计算结果见表3。
由表3可以看出,相对于素水泥基材,混杂FRCC的断裂能和断裂韧度均得到大幅度的提升。由此可知:纤维的掺入显著提高了水泥基材的断裂性能。这是由于裂缝前端纤维咬合区的存在增大了裂缝扩展的阻力,使混杂FRCC裂缝的扩展需要吸收更多的能量,故断裂性能得到了显著的提升。
3.1 纤维比例对混杂FRCC断裂性能的影响
(1)纤维比例对混杂FRCC断裂能的影响
图2为不同比例的SE与PP混杂FRCC的断裂能;图3为不同比例SE与PVA混杂FRCC的断裂能。
由图2和图3可以看出,在纤维总体积率为2%的条件下,混杂FRCC的断裂能随SE与PP、PVA纤维比例的提升呈抛物线趋势,且在SE纤维与两种合成纤维的混杂比例为2:1时达到峰值;此外,混杂FRCC的断裂能均小于相同纤维总体积率的SE-FRCC。由此可知,SE纤维对混杂FRCC断裂能的影响起主导作用。
(2)纤维比例对混杂FRCC断裂韧度的影响
图4为不同比例SE与PP混杂FRCC的断裂韧度;图5为不同比例SE与PVA混杂FRCC的断裂韧度。
由图4和图5可以看出,混杂FRCC的断裂韧度随SE纤维与PP纤维比例的提升呈抛物线趋势;随SE纤维与PVA纤维比例的提升在整体上呈上升趋势;在纤维总体积率相同的条件下,两种混杂FRCC的断裂韧度均小于SE-FRCC。由此可知,SE纤维对混杂FRCC断裂韧度的影响起主导作用。
3.2 纤维类型对混杂FRCC断裂性能的影响
图6为纤维总体积率为2.0%时,纤维类型对混杂FRCC断裂性能的影响。
从图6可以看出,SE-PP混杂材料的断裂韧度及断裂能在整体上均高于SE-PVA混杂材料,这表明对于混杂FRCC来说,PP纤维对材料断裂韧度及断裂能的增强效果要优于PVA纤维。这可能是因为在试件破坏过程中,PP纤维表现为界面拔出破坏,不同于被拉断的PVA纤维,因此,在基体发生破坏时,除了SE纤维的桥接作用,横跨裂缝的PP纤维在被拔出过程中,增大了裂缝开展的阻力,所以,PP纤维对混杂FRCC断裂性能的提升效果优于PVA纤维。
4 结论
(1)纤维的掺入可显著提高水泥基材的断裂能与断裂韧度;在纤维总体积率一定的条件下,SE-FRCC的断裂性能优于混杂FRCC。
(2)混杂FRCC的断裂能随SE与PP、PVA纤维比例的提升呈抛物线趋势;断裂韧度随SE与PP纤维比例的提升呈抛物线趋势,随SE与PVA纤维的提升而提升。
水泥基复合墙体材料 篇5
镍纤维作为水泥基复合材料的导电介质,不仅拥有良好的机械性能,而且对提高水泥基复合材料的导电性能有很好的效果[8,9,10]。镍纤维在水泥基材料中的分散效果是决定水泥基复合材料导电性能的关键因素,良好的分散性不仅能提高复合材料整体的导电性能、韧性和耐久性,同时还能节约复合材料的制作成本。基于镍纤维本身的几何特性和表面疏水性,掺入水泥基材料中通过机械搅拌的剪切力作用使镍纤维容易发生团聚现象,导致镍纤维分散不均匀,影响水泥基复合材料的电性能。本文通过研究镍纤维长径比、搅拌工艺以及分散剂的种类和掺量探究镍纤维对水泥基复合材料电性能的影响,利用扫描电镜观察镍纤维在水泥基材料中的分布状态。
1 实验
1.1 原材料
镍纤维:直径8μm,长径比分别为250、500、750、1000、1250,西部金属材料股份有限公司。
水泥:42.5级万年青硅酸盐水泥。
砂:ISO标准砂,厦门艾思欧标准砂有限公司。
消泡剂:磷酸三丁酯,分析纯,西陇化工股份有限公司。
分散剂:羧甲基纤维素钠(CMC),黏度300~800 m Pa·s;甲基纤维素(MC),黏度350~550 m Pa·s;羟乙基纤维素(HEC),黏度250~450 m Pa·s,均为化学纯,国药集团化学试剂有限公司。
1.2 试样制备
1.2.1 不同搅拌工艺试样制备
试样配比为:灰砂比1∶1,水灰比0.45,消泡剂用量为水泥质量的0.15%,镍纤维体积掺量1.0%。(1)干混工艺:镍纤维、水泥、砂和消泡剂手工干混10 min,置于搅拌器中加水搅拌5 min;(2)湿混工艺:镍纤维和水置于搅拌器中搅拌5 min,加水泥、砂和消泡剂搅拌5 min;(3)预混砂浆:水泥、砂和消泡剂于搅拌器中加水搅拌5 min,加镍纤维搅拌5 min;(4)分次加镍纤维:镍纤维平均分成5份与水泥、砂和消泡剂手工干混,每份间隔2 min,置于搅拌器中加水搅拌5 min;(5)分次加水:镍纤维、水泥、砂和泡剂手工干混10 min,于搅拌器中搅拌,分3次加水,每次间隔1.5 min,加水完搅拌5 min。
1.2.2 不同长径比、分散剂及镍纤维掺量试样制备
试样采用灰砂比1∶1,水灰比0.45,将水泥、砂、0.15%的消泡剂与镍纤维手工干混10 min制成干混料再置于搅拌器中加水搅拌5 min。其中不同长径比试样镍纤维体积掺量为1.0%,分别选用一定长径比的镍纤维掺入,然后加水搅拌制成;镍纤维掺量试样制备分别采用一定体积分数的镍纤维掺合,再加入0.4%的MC分散剂(按水泥质量计,下同)制成的溶液搅拌制得;不同分散剂试样制备是将水分别与一定量的CMC、MC和HEC制成溶液在搅拌锅中再与1.0%的镍纤维混合使得纤维分散在溶液中,再将干混料缓慢匀速加入搅拌锅中搅拌5 min。将搅拌好的浆料倒入涂油模具中振荡成型。
1.3 性能测试表征
将水泥砂浆倒入内径12 mm、外径115 mm、厚度6 mm的涂油钢模中,振动台上振动90 s,刮平样品表面,把样品与钢模一起放置养护室内,在温度约20℃、湿度为90%的条件下养护24 h,拆模后养护条件不变再养护至28 d。使用RTS-4型四探针测试仪测试样品的电导率,采用扫描电子显微镜表征镍纤维在水泥基材料中的分布状态。
2 结果与讨论
2.1 镍纤维长径比的影响(见图1、图2)
从图1、图2看出,随着镍纤维长度的增加,复合材料的电导率先增大后变小,长径比为750的试样电导率最大。长径比为250和750的镍纤维在水泥基材料中基本分散开,但由于长径比为250的镍纤维相比于长径比为750的不易桥接形成导电通路,所以试样电导率有一定差别;而长径比为1250的镍纤维由于长度过长,在机械搅拌作用下容易发生团聚现象,导致纤维未能良好的分散,不利于导电网络形成,致使试样电导率下降。综上所述,长径比为750的镍纤维在水泥基材料中分散状态良好,有利于纤维桥接形成导电网络,提高水泥基复合材料导电性能。
2.2 搅拌工艺的影响(见图3、图4)
从图3可以看出,不同搅拌工艺条件下水泥基复合材料的电导率存在一定的差异,说明不同搅拌工艺使得镍纤维在水泥基材料中形成的导电网络有一定的区别。而镍纤维的分散性是决定水泥基复合材料中导电通路形成的关键。所以不同搅拌工艺对镍纤维在水泥基材料中的分散有一定影响,其中干混工艺制备的试样电导率最大,说明干混工艺条件下镍纤维的分散效果最佳。
从图4可以看出,相比于干混工艺,分次加镍纤维与预混砂浆条件下镍纤维在水泥基材料中都有不同程度的团聚现象,其中预混砂浆制备的试样中镍纤维团聚更加明显。
2.3 分散剂种类及掺量的影响(见图5、图6)
从图5可以看出,分别以CMC、MC、HEC作为分散剂时,随着分散剂掺量的增加,水泥基复合材料电导率都呈现先增大再减小的趋势,CMC、MC、HEC最佳掺量分别为0.4%、0.4%、0.6%。说明适量的分散剂能有效提高复合材料的导电性能,其中不同分散剂对改善复合材料导电性能的效果有一定的差异。图6显示,对比分散剂CMC和HEC,掺入MC分散剂的镍纤维分散效果最好。分散剂掺量在0.2%~0.6%时,3种分散剂分散效果为MC>CMC>HEC。当MC掺量为0.4%时,镍纤维分散效果最佳,试样的电导率最大,为3.64×10-4s/cm。
2.4 镍纤维掺量的影响(见图7、图8)
从图7、图8可以看出,随着镍纤维掺量从1.0%增加到9.0%,试样的电导率呈先增大后减小的趋势,镍纤维在水泥基材料中的分散情况也有很大差别。其中当镍纤维掺量为5.0%时,水泥基复合材料的电导率最大,为2.65×10-3s/cm,此掺量条件下镍纤维在水泥基材料中呈现均匀的理想分散状态,镍纤维桥接所形成的导电网络最佳,且分散达到饱和,当镍纤维掺量继续提高,镍纤维出现大量团聚,阻碍导电网的形成,导致试样电导率出现一定的下降。
3 结论
(1)不同搅拌工艺对镍纤维在水泥基复合材料中的分散均匀性及其导电性能有一定程度的影响,采用干混工艺制备的水泥基复合材料分散均匀性最好、电导率最大。
(2)添加一定量的CMC、MC和HEC分散剂均能有效提高水泥基复合材料的导电性能,说明分散剂对改善镍纤维在水泥基材料中的分散有一定的效果,其中采用0.4%的MC对镍纤维分散效果最佳,制备的水泥基复合材料的导电性能最好。
(3)随着镍纤维长径比的增加,水泥基复合材料的电导率先增大后减小,当镍纤维长径比为750时,所制备的水泥基复合材料导电性能最佳;镍纤维掺量对其在水泥基复合材料中的分散均匀性及导电性能有较大的影响,当掺量为5.0%时,镍纤维的分散均匀性最好,其电导率最大,为2.65×10-3s/cm。
摘要：以镍纤维作为导电介质掺合到水泥砂浆中制成水泥基复合材料,研究了纤维长径比、砂浆搅拌工艺、外加分散剂种类及用量和纤维掺量等因素对水泥基复合材料导电性能的影响,采用四探针测试仪和扫描电镜表征了复合材料的电导率和纤维的分散状态。实验结果表明:采用干混搅拌工艺、镍纤维的长径比为750、甲基纤维素(MC)分散剂掺量为0.4%时,镍纤维在水泥基复合材料中的分散效果最佳;在此工艺条件下,当镍纤维掺量为5.0%时,水泥基复合材料电导率最大,达2.65×10-3 s/cm。
关键词：镍纤维,水泥基复合材料,搅拌工艺,分散性,电导率
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水泥基复合墙体材料 篇6
一、掺入PVA对水泥基复合材料性能的影响
在水泥中加入不同质量分数的PVA,并按照加水量36.4%加水,分别测试其性能。 PVA掺量对水泥基复合材料体积电阻率的影响分别按质量分数1%、2%、 4%、8%加入PVA,测量其7天、28天体积电阻率结果见图1所示。由图1可知: 随着PVA掺量的增加,PVA水泥复合材料的7天、28天体积电阻率逐渐上升。 其中,7天体积电阻率从未加PVA时的3.95×108Ω·cm提高到8%PVA掺量时的14.42×108Ω·cm; 28天体积电阻率从未加PVA时的4.13×108Ω·cm提高到8%PVA掺量时的66.54×108Ω·cm,电阻率提高了15倍以上。该结果的原因在于PVA分子链能和水泥水化产物(如铝酸钙)结合形成界面层,最终形成聚合物和水泥水化物相互交织、相互贯穿的复合体结构,从而细化孔结构减弱孔液互相连通,使材料微结构更趋致密,电阻率提高。
普通水泥浆体的孔隙率较大,C-S-H之间有针状的钙矾石晶体,未水化的水泥颗粒以颗粒形式存在,水化产物在其表面生长,C-S-H和钙钒石的晶体相互交联,形成间断的、孔隙较大的骨架网状体系。PVA的掺入,包裹了水化产物和未水化颗粒,单独存在的未水化水泥颗粒和钙矾石晶体明显减少;孔隙减少,水泥基体(水化产物)和PVA形成不完全连续的、填充密实的网状体系结构。
二、PVA掺量对水泥基复合材料抗压强度的影响
分别按质量分数1%、2%、4%、8%加入PVA,测量其7天、28天抗压强度变化曲线如下图2所示。
图2中,PVA/水泥复合材料的7天、28天抗压强度均随着PVA掺量的增加先提高后下降。当PVA含量为2%时,复合材料的表面密实,力学性能较好, 7天抗压强度为15.63MPa,28天抗压强度达到19.99MPa,分别是未加PVA时试样的3倍、3.08倍。当聚合物掺量大于4%时,试样的7天、28天抗压强度均开始下降,当掺量为8%时,28天抗压强度与普通空白水泥样的抗压强度基本相当。由于水泥基体和PVA形成不完全连续的、填充密实的网状体系结构,可以使水泥的强度提高,但是,如果超过临界值,会发生改性失败,强度大幅下降。 因此,为得到较大的电阻率,PVA的掺量也不宜超过4%。
三.PVA掺量对水泥基复合材料耐硫酸盐腐蚀性能的影响
分别按质量分数1%、2%、4%、8%加入PVA,放置28天后,浸入5%的硫酸钠溶液中进行干湿循环试验。PVA/水泥复合材料试样的质量在耐腐蚀试验中的变化如图3所示。
由图3可以看出,在硫酸盐溶液的作用下经过14次干湿循环试验后试样质量并未减少而且基本呈上升趋势。
经过腐蚀实验后,试样强度均低于空白水泥样品,随着PVA掺量的增加抗压强度保持率逐渐增加,但在掺量为4%时,强度保持率明显的降低,只有47.3%, 掺量为8%时,样品强度保持率为85%,超过了空白样品。
结论:
在水泥中掺入PVA时,PVA/水泥基复合材料的7天、28天体积电阻率随着PVA掺量的增加逐渐上升,PVA掺量为8%时,28天体积电阻率提高到了16倍;抗压强度先逐渐提高后下降,当PVA掺量为2%时,试样表面密实,28天抗压强度是空白水泥试样的3倍;抗硫酸钠侵蚀试验后,试样强度保持率与空白水泥样品相比有所下降。
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水泥基复合墙体材料 篇7
随着土木工程规模不断扩大, 科技水平不断提高, 一些高层大跨、有特殊功能要求的重要建筑不断出现, 如摩天大楼、超大跨桥梁等, 要求混凝土必须具有更高的强度、更好的耐久性、更优的可靠性, 这些需求促成了水泥基复合材料向高与超高性能方向发展。高与超高性能水泥基复合材料在组成上显著的特点是低水胶比。然而, 随着水胶比的降低, 水泥基复合材料拌和物的粘度逐渐增大, 引发不易搅拌、难泵送等一系列施工问题, 很大程度上限制了其推广与应用。如何改善低水胶比水泥基复合材料的工作性能成为发展高与超高性能水泥基复合材料亟需解决的关键问题[1,2]。
混凝土流变性能被认为是迄今为止最理想的表征工作性能的方法[3,4], 混凝土流变学是研究其流动和变形的重要学科。混凝土流变学通过屈服应力、粘度等参数定量的表征混凝土工作性能, 而这些参数主要通过流体模型对测得流变曲线进行拟合获得。众多学者认为新拌水泥基复合材料可看作一种塑性流体, 可采用Bingham流体模型分析[4,5,6];而一些研究也表明, 由于矿物掺合料以及外加剂的掺入, 一些高强或高性能水泥基复合材料表现出剪切增稠或剪切变稀的现象, 即具有假塑性或胀流型流体特征[7-8], 采用Bingham流体模型无法全面反应其流动特性, 误差较大。因此, 明确低水胶比水泥基复合材料的流体特征, 选择合理流体模型, 是研究其工作性能的首要问题。
本文在介绍目前水泥基复合材料领域最常用的几种流体模型的基础上, 重点研究与分析了低水胶比水泥基复合材料的流变学特征。
1 几种常用水泥基复合材料的流体模型
牛顿流体是研究流体流变性问题的基础, 根据流体的不同流变性能, 基本可分为牛顿流体和非牛顿流体 (见图1) 。新拌水泥浆、砂浆和混凝土是一种多相混合物, 大多数表现出复杂的非牛顿流体特征。目前用于研究水泥、砂浆或混凝土流变性能的流体模型主要有以下几种[9,10,11]: (1) Bingham (宾汉姆) 流体模型
Bingham模型认为:剪应力超过临界值0时后浆体才开始流动, 并且应变梯度随应力增量 (-0) 成线性增长。模型的经典形式为:
(2) 修正Bingham流体模型
在实际的测试中发现, 在低剪切速率时应力-应变曲线并非是线性的关系。为了修正低速阶段的曲线, 在Bingham模型中引入一个二次项c2, 成了修正Bingham模型:
其中, c—修正系数。
(3) Herschel-Bulkley (赫切尔-巴尔克) 模型
Herschel-Bulkley模型认为剪应力超过临界值0时后才开始流动, 并且应变梯度随应力增量 (-0) 之间成幂律增加:
式中, m—稠度系数, Pa·sn;n—流变行为指数。
从式中可以看出, 当n=1时, 流体表现为宾汉姆流变行为, 称为宾汉姆塑性流体;当n<1时, 流体表现剪切变稀流变行为, 称为假塑性流体;当n>1时, 流体呈现剪切变稠流变行为, 称为胀塑型流体。n值越大, 剪切增稠程度越高。
Herschel-Bulkley模型中, 屈服应力0、稠度系数m和流变行为指数n是表征流体流变行为的重要参数, 但对于塑性粘度μ公式无法直接给出。Ferraris和de Larrard等[4]通过大量的试验研究, 推导出如下的经验公式:
其中, —流变测试过程中的最大剪切速率。
2 原材料与试验方法
2.1 原材料
江南小野田水泥有限公司生产的P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥、南京热电厂I级粉煤灰以及江南厂生产的S95级磨细矿渣, 密度分别为3.17g/cm3、2.33g/cm3和2.84g/cm3, 比表面积分别为388m2/kg、415m2/kg和404m2/kg, 三者化学组成见表1。砂为细度模数2.6、密度2.66g/cm3的普通河砂, 减水剂为江苏博特新材料有限公司的PCA (VII) 超高减水型羧酸类高性能减水剂, 固体含量为30%。
2.2 配合比
采用低水胶比砂浆为研究对象, 重点考虑了3种胶材组成和2种水胶比 (0.18和0.20) , 砂胶比为0.7, 砂浆配合比见表2。
2.3 试验方法
流变性能测试采用Brookfield公司生产的R/S-SST软固测试体流变仪 (如图2所示) , 测试选择V40-20浆式转子。该仪器控制系统可从0.01rpm~1000rpm无极变速调控, 结合Rheo V2.8软件, 可以对测定的数据进行自动采集并分析处理, 可方便的给出在步进剪切速率或步进剪切应力下不同流变学参数, 并可以绘制出全过程的浆体流变学曲线。
流变测试程序设置所图3所示, 静置30s后, 剪切速率升到25s-1 (步骤1) 并维持此速度60s (步骤2, 此阶段称为预剪切) ;预剪切结束后, 速度立即下降到0s-1 (步骤3) ;再静置60s (步骤4) 后, 在60s内将剪切速率匀速增加到25s-1 (步骤5) , 然后在60s内从25s-1降到0 (步骤6) 。预剪切的目的是使浆体中颗粒充分分散, 之后的静置60s是为了确保测试前浆体体系的稳定性, 步骤5和6用于测试浆体的流变性能。采用步骤6的测试结果进行流变性能分析。
3 试验结果与分析
3.1 低水胶比水泥基复合材料流变行为
图4为水胶比0.18和0.20时几组砂浆的剪切速率—剪切应力曲线。从图中可以看出, 水胶比0.2时三组不同胶材组成的砂浆表现出类似的流动特性, 而水胶比降低到0.18时, 三组流动曲线具有明显的差异, 但曲线特征类似。表明低水胶比砂浆表现出典型的胀流型流体特征, 水胶比越低, 特征越明显;低水胶比时流变性能对水胶比的变化极为敏感, 水胶比从0.20降低到0.18, 相同剪切速率下, 剪切应力成倍增长。
3.2 低水胶比水泥基复合材料流变模型的适用性
根据实测的流体流变曲线以及通过分析Bingham、修正Bingham以及Herschel-Bulkley三种模型的拟合相关系数、拟合参数的合理性, 最终确定最适用于低水胶比水泥基复合材料的流体模型。采用Bingham、修正Bingham以及Herschel-Bulkley三种模型对M1、M2和M3三种基体共六组配比砂浆的流变曲线进行回归分析。考虑到水胶比分别为0.18和0.20时M1、M2和M3的流动曲线类似, 图5仅给出M1砂浆的拟合曲线, 而所有配比砂浆的拟合参数值列于表3中。从图5和表3的结果可以看出:
表2流变性能试验中低水胶比水泥基复合材料配合比
(1) 采用修正Bingham模型和Herschel-Bulkley模型拟合低水胶比砂浆流动曲线相关性较高, 相关系数R2均在0.998以上;而采用Bingham模型分析低水胶比水泥基复合材料误差较大, 相关性略低, R2在0.92~0.97之间, 主要是由于Bingham模型假设流体为塑性流体, 流动曲线为线性, 与实测的流动曲线差异较大。
(2) 采用Bingham模型分析低水胶比砂浆得到的屈服应力为负值, 采用修正Bingham模型分析得到的屈服应力为正值, 低于Herschel-Bulkley模型得到的结果。屈服用力反映了流体开始流动的阻力, 从物理意义上来说, 水泥基复合材料屈服应力应大于0, 因此屈服应力的结果明确表明低水胶比砂浆中采用Bingham模型分析是不可行的。
(3) 塑性粘度反映了流体开始流动后的流动阻力, 随着水胶比的降低, 塑性粘度逐渐增大。采用修正Bingham模型分析水胶比对M1、M2和M3三组砂浆流变性能的影响发现, 拟合结果中塑性粘度与水胶比之间无明显的规律性;而采用Bingham模型和Herschel-Bulkley模型分析得到的结果均表明, 水胶比从0.20降低到0.18, 水泥基复合材料的塑性粘度成倍的增长, 与实测的流动曲线结果也较为吻合。修正Bingham模型得到的塑性粘度值较小且无明显规律主要是由常数C导致。水胶比较高时, 由于测试的流动曲线接近与塑性流体曲线, 因此常数C值较小, 拟合获得的塑性粘度与真实塑性粘度较为接近。而对于低水胶比水泥基复合材料, 由于水胶比较低, 流体的胀流型特性极为显著, 而此时采用修正Bingham模型分析得到的常数C值较大 (见表3) , 因此在相同剪切速率和剪切应力条件下, 必然导致得到的塑性粘度低于实际粘度值。
综上分析, 低水胶比水泥基复合材料中采用Herschel-Bulkley模型进行流变分析较为合适, 低水胶比水泥基复合材料可看作一种Herschel-Bulkley流体。Herschel-Bulkley模型中不仅含有屈服应力来反应浆体初始的流动阻力, 还有m和n两参数来反映浆体流动过程中的粘度变化情况, 特别是n值可反应水泥基复合材料剪切增稠的程度, 这对于今后研究低水胶比水泥基复合材料的工作性能及其调控措施将具有积极的指导意义。
结论
(1) 低水胶比水泥基复合材料表现出典型的胀流型流体特性, 水胶比越低, 特征越明显;低水胶比水泥基复合材料的流变性能对水胶比变化极为敏感, 水胶比降低0.02可导致剪切应力成倍的增加。
(2) 低水胶比水泥基复合材料不宜采用Bingham模型进行流变性能研究, 该模型中假设流体为塑性流体, 与实测低水胶比水泥基复合材料流变曲线不符, 导致拟合结果中的屈服应力为负值, 违背了水泥基复合材料中屈服应力的物理意义。
(3) 低水胶比水泥基复合材料也不宜采用修正Bingham模型进行流变性能研究, 该模型拟合曲线与实测低水胶比水泥基复合材料流变曲线具有极高的相关性, 但由于拟合的常数C值较高, 导致了拟合获得的塑性粘度远低于实际塑性粘度值。
(4) Herschel-Bulkley模型拟合曲线与实测低水胶比水泥基复合材料流变曲线具有极高的相关性, 且拟合结果均与流体的实际情况相符, 低水胶比水泥基复合材料可看作一种Herschel-Bulkley流体。
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