复掺SAP纤维对水泥基材料收缩开裂的影响研究

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现代建筑施工中,以低水胶比为特征的高性能水泥基材料因其优良的性能,越来越得到广泛的应用。但是由于高性能水泥基材料相较普通水泥基材料结构更加致密,外部养护水源难以深入基体内部,致使传统养护手段难以满足工程要求。国内外学者研究提出,可以向水泥基材料中引入内部水源,从内部进行养护,来减缓基体的自收缩。而通过向水泥基材料中掺入各种类型的纤维,以提高基体的力学强度及耐久性,这一方法也得到了大量学者的研究和工程实例认证。但是,高吸水性树脂(SAP)类内养护剂与纤维的复合掺加对高性能水泥基材料性能影响的研究还不多,所以本文将从收缩开裂和力学性能的角度出发,探讨SAP和纤维对高性能水泥基材料的影响。本文研究成果如下:(1)通过SAP的基本性能试验得出,饱水SAP会根据周围环境中离子浓度和相对湿度的改变进行释水反应,同时会根据内部湿度的变化调整自身的释水速率。根据湿度传感器获取水泥砂浆内部的湿度变化曲线进行体外湿度模拟,推测出0.2%掺量的SAP在砂浆内部的作用时间在30天以内。(2)掺加适量的SAP和纤维可以降低水泥砂浆的收缩应变。其中掺量0.2%、粒径550-250μm的SAP减缩效果最好,纤维中减缩效果最好的是长度12mm、掺量0.2%的玄武岩纤维。对比两种材料的单掺效果,复掺SAP纤维的减缩效果更好,而单掺SAP的减缩效果又优于单掺玄武岩纤维。(3)掺加适量的SAP和纤维可以提高水泥砂浆的力学性能。其中掺量0.2%、粒径550-250μm的SAP和长度12mm、掺量0.2%的玄武岩纤维提升抗压强度效果最好。对比两种材料的单掺效果,复掺SAP纤维提升水泥砂浆抗压强度的效果最好,同时单掺玄武岩纤维的效果略优于单掺SAP,而两种材料复合掺加对抗折强度和抗拉强度的提升效果与单掺纤维相近,但要远大于单掺SAP。(4)掺加适量的SAP可以增强水泥砂浆对塑性开裂的抑制效果,最佳掺量为0.2%;而水泥砂浆对塑性开裂的抑制效果随着玄武岩纤维掺量的增加而不断增强。对比两种材料的单掺效果,复掺的抗裂效果要明显高于单掺,同时单掺玄武岩纤维的抗裂效果又明显高于SAP。(5)SAP和玄武岩纤维两种材料都能改善水泥砂浆的孔结构,细化孔径并提高孔径的均匀性。但复掺的效果要明显高于单掺,而单掺效果中SAP又明显高于玄武岩纤维。(6)在SEM电镜扫描试验中,发现SAP可以促进砂浆体的二次水化反应,细化基体的孔隙结构并提高结构的致密程度;玄武岩纤维会与水泥基体产生胶结作用,而纤维表面附着的水化产物会随着水化过程的进行而逐渐增加。对比单掺纤维,发现在复掺SAP纤维的水泥砂浆内部,表面附着的水化产物要明显多于单掺纤维,纤维与基体的胶结程度更高,所以基体的各项性能更佳。
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