编号：CYYJ043945
篇名： 碳酸钙晶须水泥基复合材料收缩性能研究
作者： 李宇翔
关键词： 碳酸钙晶须; 水泥基复合材料; 干燥收缩; 自收缩; 化学收缩;
机构：大连理工大学
摘要： 水泥基材料的收缩行为引发的开裂现象及性能劣化不容忽视。碳酸钙晶须(Calcium carbonate Whisker,CW)是一种质优价廉的微米级纤维材料,已被证实其具有对水泥石尺度的微观增强增韧效应,基于此提出的水泥基复合材料多尺度增强理论使混杂纤维增强水泥基复合材料的性能提升更具潜力。本文系统研究了CW水泥基材料的收缩性能,包括CW对水泥石收缩性能的影响、在矿物掺合料砂浆中的作用以及对多尺度混杂纤维水泥基复合材料收缩性能的影响,并将CW引入实际工程中以验证其对混凝土的收缩作用;同时借助XRD、MIP、SEM等微观测试手段,探究了CW对水泥基材料收缩行为的作用机理。本文主要研究内容及结论如下: (1)CW对水泥净浆收缩的影响,包括干燥收缩、自收缩和化学收缩。首先研究了CW具有吸附和释放自由水的特性;然后将不同掺量的CW掺入不同水灰比的水泥净浆中,研究其对水泥净浆收缩的影响。试验结果表明:CW的填充作用会改变基体的孔隙结构,但未改变水化产物的种类;同时由于其具有吸附和释放自由水的特性,与水泥净浆的干燥收缩相比,CW对自收缩和化学收缩的降低效果更为明显,尤其在低水灰比下降低自收缩的效果十分显著。 (2)CW在矿物掺合料水泥砂浆中对干燥收缩的影响。试验结果表明:粉煤灰可以显著降低水泥砂浆的干燥收缩值,且降缩效果随着粉煤灰掺量的提高而加强;同时掺入CW后砂浆的干燥收缩略有升高,说明CW的加入未能改善粉煤灰砂浆的干燥收缩;硅灰砂浆试验结果呈现相反结果,随着硅灰掺量提高,砂浆干燥收缩增大,同时掺入CW后干燥收缩有所降低。经分析,导致试验结果不同的主要原因是CW微纤维在粉煤灰和硅灰两种不同孔隙结构的基体中作用效果不同。 (3)包含钢纤维(SF)、聚乙烯醇纤维(PVA),CW的混杂纤维水泥砂浆的干燥收缩与自收缩。通过将三种纤维以单掺或混杂的方式掺入水泥砂浆中,研究其对水泥砂浆干燥收缩与自收缩性能影响。试验结果表明:单掺钢纤维(SF)对抑制砂浆的干燥收缩与自收缩效果最佳;而混杂纤维减少砂浆干燥收缩的效果比单掺PVA和CW更显著。 (4)基于CW对水泥净浆和砂浆收缩的积极效果,将CW应用于实际工程,从材料和配合比角度提出控制混凝土结构开裂的改善措施。首先掺入CW进行胶凝材料组分优化,通过测定水化热、流变性能、扩展度及化学收缩,确定了胶凝材料最佳组分;进而,在进一步优化骨料级配后对混凝土进行收缩、抗裂以及力学性能的试验,最大限度控制了混凝土开裂的材料因素,最终满足混凝土性能以及工程要求。