多尺度纤维

多尺度纤维1.多尺度纤维增强水泥基复合材料力学性能试验张聪，曹明莉＊水泥基材料，如水泥砂浆和混凝土，具有明显的多尺度结构特征，包括由水泥水化产物和凝胶孔等构成的微观结构、由水泥浆和孔洞缺陷等构成的细观结构以及由砂浆和粗骨料等构成的宏观结构［１－４］。水泥基材料的多尺度结构特征决定着其微观、细观以及宏观的性能并反映在其多尺度的破坏过程中［５］。水泥基材料的多尺度破坏过程可以描述为材料内部微观开裂演变为细观裂纹最后形成宏观裂缝而导致材料最终破坏的过程［６］。针对水泥基材料的多尺度破坏过程进行多尺度阻裂设计，是提高水泥基材料整体性能的有效手段之一［７－８］。对此，国内外学者开展了不同尺度纤维增强水泥基复合材料的探索。钢纤维对水泥基材料宏观裂缝的桥联作用已得到了普遍公认，材料的韧性得到了显著提高［１５］；聚乙烯醇（ＰＶＡ）纤维对水泥基材料初裂后的细观开裂阶段的阻裂作用也得到了证实［７－８，１６－１７］；而纳米级纤维材料［１８］（如碳纳米管、纳米碳纤维等）以及微米级纤维材料［１９－２１］（如碳酸钙晶须等）对水泥基材料的微观阻裂增强作用也已经受到了越来越多的关注，但是基于材料的成本考虑，１５００元／ｔ的碳酸钙晶须更适合于在水泥基材料中用作微观增强纤维。虽然随着钢纤维掺量的降低，提高幅度逐渐降低，但是仍均高于对照组Ｍ０。纤维的引入显著提高了材料的抗弯强度，单掺２％钢纤维试件的抗弯强度较空白组有近８０％的提高，而多尺度纤维试件增幅更加明显，Ｍ５和Ｍ７分别有近１３０％和１２０％的提高；相比于单掺钢纤维试件，Ｍ５和Ｍ７仍分别有近５０％和４０％的提高；利用晶须部分替代ＰＶＡ纤维约使试件的抗弯强度提高了１０％～１５％；但是，由于晶须的分散问题［２０－２１］，当晶须掺量超过２％后，试件的抗弯强度开始出现明显降低。2.无机矿物纤维增强水泥砂浆的试验研究.3.玄武岩纤维对水泥基材料力学性能的影响赵亮玄武岩纤维对早期水泥基材料具有增强作用，随着龄期延长，增强作用减弱，后期强度反而低于未掺纤维的水泥基材料；使用粉煤灰和硅灰等活性掺合料对掺有玄武岩纤维水泥基材料长期强度发展的改善是有效的，能够有效延缓玄武岩纤维在水泥基体中的腐蚀，其中以30%粉煤灰，10%硅灰取代普通硅酸盐水泥的改善效果最佳。4.PVA纤维与钢纤维对高性能纤维增强水泥基复合材料力学性能影响的试验研究纤维类型是影响钢纤维水泥砂浆与纤维水泥砂浆断裂性能、弯曲韧性、折压比与弯曲强度的最主要因素。水胶比是影响钢纤维水泥砂浆与纤维水泥砂浆抗折性能与抗压性能的最主要因素。5.玄武岩纤维是无机纤维，具有很高的弹性模量．根据纤维的混杂效应理论，玄武岩纤维与钢纤维混杂优化了混凝土内部结构，提高了混凝土的抗弯和抗剪切强度6.总结1.由（1.多尺度纤维增强水泥基复合材料力学性能试验张聪，曹明莉）可以看到所谓多尺度纤维增强水泥基复合材料既可以从多个角度阻止水泥基开裂。大纤维阻止水泥基的宏观裂纹，小纤维阻止细观开裂，微纤维阻止微观开裂。2.由（2.无机矿物纤维增强水泥砂浆的试验研究）可以看到实现多尺度纤维的方法主要有两种;1,同种纤维的不同尺寸混合；2，不同尺寸的不同种纤维的混合；其中以第二种方法更为优异，当然我们也可以综合上面的两种方法以达到更好的效果。3.由（2.无机矿物纤维增强水泥砂浆的试验研究）可以看到同一尺度的不同种纤维对于水泥基的的作用也是不同的。高弹量的纤维起机体增强作用，低弹量的纤维起阻止裂纹延展作用。4.目前比较主流的水泥基增强纤维有钢纤维，PVA，玄武岩纤维，碳纤维，玻璃纤维。碳酸钙晶须不算主流增强纤维，但效果也还不错。其中钢纤维，玄武岩纤维，玻璃纤维可以看做大纤维，PVA可以看成小纤维，碳纤维，碳酸钙晶须可以看成微纤维。由于我们要研究的是一种可以大规模使用的材料，因而价格较贵的碳纤维不合适。5.由于我们的课题是多尺度纤维和高强度骨料对混泥土的增强，研究目的是为了发明一种军事防护材料。因而多尺度纤维在我们这个项目中主要是要起到提高水泥基材料的断裂性能、弯曲韧性。而高强度骨料则应该起到提高水泥基材料的抗压性能，强度的作用。6.由（3.玄武岩纤维对水泥基材料力学性能的影响）可以看到玄武岩纤维对早期水泥基材料具有增强作用，随着龄期延长，增强作用减弱，后期强度反而低于未掺纤维的水泥基材料，因此当我们使用玄武岩纤维作为增强纤维时还应可考虑后期的材料强度。7.总结而言，我们将要探究钢纤维，PVA，玄武岩纤维，玻璃纤维，碳酸钙晶须中的几种纤维组合与不同种骨料之间的混合增强效果，从而得出最优化组合。