高温后纤维混杂高韧性水泥基材料力学性能研究

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聚乙烯(Polyethylene,简称PE)纤维具有超高弹模、高抗拉强度,本文将PE纤维与钢纤维加入水泥基材料中,制备一种面向高温应用环境下的纤维混杂高韧性水泥基材料,其中PE纤维掺量固定为1%,钢纤维掺量采用体积掺量0%、0.3%、0.6%、0.9%;采用直径为0.12mm的钢纤维,长度分别为6、10、13mm三种长度。此外,试验中考虑了20℃、60℃、100℃、150℃、200℃、250℃等温度,得到纤维混杂高韧性水泥基材料高温后的强度指标,并且进行SEM扫描电镜、EDS界面元素、FTIR傅里叶变换红外光谱等微观测试方法探究材料微观层面损伤机理,揭示高温后结构内部的损伤演变规律;本文主要研究成果及结论如下:(1)本文进行了高温后试件单轴拉伸试验、抗压试验、抗折试验,参数化分析结果表明:PE纤维和钢纤维混杂后的高韧性水泥基材料的单轴拉伸性能、抗压性能、抗折性能均优于单掺PE纤维。(2)拉伸试验结果证明,钢纤维长度为6mm时,掺量为0.3%的试件表现出更好的拉伸性能;钢纤维长度为10mm、13mm时,掺量为0.6%时拉伸性能最佳;此外,试件S0.3L6的拉伸性能最优。本文进行拉伸试验曲线与模型拟合曲线吻合较好,能够满足计算要求,说明拉伸试验模型对单轴拉伸应力-应变曲线本构关系的模拟是可取的。(3)抗压试验表明,当钢纤维长度为6mm、10mm、13mm时,钢纤维掺量为0.6%为相对最佳掺量;钢纤维长度为6mm时抗压性能相对更好,即试件S0.3L6的抗压性能最佳,以60℃峰值压应力为例,比钢纤维掺量0.3%长度为10mm、13mm时提高52%、56%。(4)抗折试验表明,当钢纤维长度为6mm时,钢纤维体积掺量为0.6%较为经济有效的掺量;当钢纤维长度为10mm、13mm时,钢纤维掺量为0.9%最佳;钢纤维长度为13mm时抗折性能更佳;S0.9L13的抗折性能最佳。(5)高温试验表明,一定的温度对试件的拉伸、抗压、抗折性能具有提升作用,以试件S0.3L6为例,60℃的峰值拉应力比20℃和250℃分别提高179%、777%,峰值应变提高39%、3022%。主要是由于试件含有大量的粉煤灰,一定的升温处理加速水化,使得水化的粉煤灰颗粒与氢氧化钙反应,生成水化硅酸钙凝胶,从而增强了基体的强度,且钢纤维与基体间的摩擦粘结力抑制了裂缝的迅速发展。(6)微观测试结果表明在拉伸作用下PE纤维和钢纤维均为拔出破坏;在200℃、250℃时由于PE纤维自身受到温度损伤,故表现为拉断;在升温过程中,试件内部的PE纤维未发生化学变化,PE纤维的化学键没有改变,但已存在的化学键在温度的作用下遭到破坏。
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