混凝土帆布基体优化、织物构造影响及耐久性研究

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混凝土帆布是织物增强水泥基复合材料(TRC)的一种,它的性能同时受水泥基体、三维间隔织物以及成型方式的影响。鉴于混凝土帆布在军用帐篷、挡土墙、护坡、水渠、管道保护等领域的广泛应用性,对不同环境中混凝土帆布的应用性能的探究至关重要。本文主要从胶凝材料配方优化、织物几何格局对混凝土帆布力学性能影响及混凝土帆布耐久性三个方面展开了研究工作。在胶凝材料配方优化部分,基于凝结时间<2h及28d强度>45MPa的项目要求,在保持养护温度(T=20±2℃)不变的前提下,针对两种不同湿度(自然干态养护RH=60±5%,泡水),分别对一种硫铝酸盐水泥(725CSA)和两种高铝水泥(Ternal-EP和Fondu)体系,探讨了改性剂品种(石膏、硅灰、氧化钙)及掺量对混凝土帆布沿厚度方向抗压强度随养护龄期演化的影响规律,并分别得到了达到项目要求的适合于自然干态环境的胶凝材料配方TP-75-HH25A和适用于泡水养护环境的配方725CSA80-HH20W。高铝水泥在自然养护条件下具有更好的力学性能,在泡水养护条件下,随着石膏掺量的增加,高铝水泥强度降低;而硫铝酸盐水泥在泡水养护且在较低的石膏掺量时具有比自然干态养护条件下更好的力学性能,当石膏掺量大于30%时发生膨胀开裂。在自然养护条件下热力学模拟与试验结合较好,力学性能最优时的石膏掺量和热力学模拟中固体体积达到最大时石膏的掺量相当,这说明热力学模拟可以给试验提供一定指导;而在泡水养护条件下,由于边界条件不好控制,试验结果不能与理论值很好的对应,导致热力学模拟结果与试验结果对应较差。在三维间隔织物筛选部分,分别研究了厚度、疏织面孔形、疏织面纱线类型对三维间隔织物的拉伸性能及厚度对三维间隔织物顶破性能的影响。试验得出:(1)厚度越厚,三维间隔织物的拉伸性能越差,顶破性能越好;(2)矩形孔结构的三维间隔织物具有比菱形-六边形孔更优的拉伸性能。干态养护条件下借助最优配方TP75-HH25A,通过研究厚度、疏织面孔形、疏织面纱线类型对混凝土帆布经纬向的抗压、拉伸、弯曲及耐穿刺力学性能的影响,进一步探讨了织物格局对混凝土帆布的影响。当混凝土帆布具有相同表观密度时,厚度和抗压强度成正相关,而疏织面孔形及纱线类型对抗压强度的影响不大。混凝土帆布的厚度和拉伸性能呈负相关,疏织面为矩形孔的混凝土帆布的拉伸性能优于菱形-六边形孔,这与三维间隔织物相同。疏织面抗弯时,厚度越厚的混凝土帆布抗弯性能越差。最终筛选出的最优的三维间隔织物为10-R3*2.5-mul。在耐久性部分,三维间隔织物选用10-R3*2.5-mul,为了给混凝土帆布在不同环境的应用提供参考,对混凝土帆布的体积稳定性和抗冻性进行探究。在体积稳定性部分,自然干态养护条件下最优的配比TP75-HH25A在90d经向收缩变形达到357*10-~6,纬向收缩变形达398*10-~6;泡水养护条件下最优比725CSA80-HH20W在90d经向膨胀达1081*10-~6,纬向膨胀达1124*10-~6。经向的体积稳定性优于纬向的体积稳定性,由此可知经纱比纬纱具有更好的限制变形的作用。对于配合比TP75-HH25A制备的混凝土帆布,可以抵抗375次冻融循环。
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