界面因素对透光混凝土力学性能影响的研究

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为了促进节能节排,我国聚焦于绿色节能建筑的发展,与此同时为了改善传统混凝土材料的美感和能耗,透光混凝土作为一种新的解决方案应运而生。由于透光材料种类和材料掺比不同,导致产品的力学性能差异。已有研究表明,水泥基材料与透光材料的粘结强度弱,导致整体强度低,耐久性能差等问题。因此,本文研究了不同界面因素下透光混凝土的力学性能,并对偶联剂对界面性能影响的作用机理进行探究。论文主要研究包括:以透光体与基体接触的界面面积为影响因素,制作27组试件,研究其对透光混凝土的抗压强度、抗折强度和弯曲强度的影响,结果表明:透光混凝土抗压强度随着界面面积的增大而降低;掺量为3.3%和5.4%时,当界面面积增大,抗折强度随之增大,但掺量提高为7.6%时抗折强度随界面面积增大而降低;界面面积对弯曲强度影响较小,但更大的界面面积使板的弯曲韧性系数增大。以透光体材料为影响因素,制作9组试件,研究树脂和有机玻璃两种透光材料其对透光混凝土的抗压强度、抗折强度和弯曲强度的影响,结果表明:树脂与基体粘结强度弱,树脂透光混凝土抗压强度、抗折强度和弯曲强度均低于有机玻璃透光混凝土。以偶联剂界面改性为影响因素,选用硅烷、铝酸酯和钛酸酯偶联剂,制作63组试件,研究3种偶联剂对透光混凝土的抗压强度、抗折强度和弯曲强度的影响,结果表明:相比无偶联剂组的28d抗压强度,硅烷偶联剂与铝酸酯偶联剂能分别提高1.4%-6.2%和2.3%-7.5%;硅烷偶联剂与铝酸酯偶联剂对抗折强度提高效果显著,28d抗折强度提高幅度分别为8.8%-15.9%和7.4%-18.8%;硅烷偶联剂与铝酸酯偶联剂能提高透光混凝土板的弯曲强度,但使弯曲韧性系数降低;钛酸酯偶联剂对各项力学性能均有大幅削弱。以界面形状为影响因素,选用横截面为圆形、三角形和方形有机玻璃,制作27组试件,研究其对透光混凝土的抗压强度、抗折强度和弯曲强度的影响,结果表明:三角形和方形有机玻璃的掺入使透光混凝土的抗压和抗折强度远低于掺入圆形的;当界面面积大于13200mm~2时,方形有机玻璃组的弯曲强度与韧性均为最佳。采用斜剪粘结强度试验研究3种偶联剂对水泥基材料与透光材料界面性能的改性效果。采用有机玻璃与树脂为透光材料,水泥基体28d强度为67.5MPa,制作尺寸为40mm×40m m×120mm的8组试件。结果表明:有机玻璃、树脂与水泥基材料的界面粘结强度均较弱,树脂稍强于有机玻璃。在硅烷、铝酸酯偶联剂处理后,有机玻璃与水泥基体斜剪强度分别提高27.4%和26.7%,树脂与水泥基体斜剪强度分别提高11.8%和40.6%。但钛酸酯偶联剂削弱了两者的粘结强度。采用扫描电子显微镜(SEM)观测了偶联剂对透光混凝土界面微观形貌的影响,结果表明:硅烷、铝酸酯偶联剂处理界面后使水泥基体与有机玻璃结合更为紧密;采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)分析了偶联剂与水泥基体和有机玻璃间的化学反应,结果表明:硅烷、铝酸酯偶联剂均使界面处发生化学反应产生了化学键,提高了界面间的粘结强度。
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