谈超轻质水泥基复合材料的力学性能 本文关键词：复合材料，轻质，水泥，力学性能
谈超轻质水泥基复合材料的力学性能 本文简介：摘要:文章以粉煤灰空心微珠作为轻质微集料，将水泥、硅灰作为凝胶材料，将减缩剂作为外加剂，结合成四种不同密度等级的ULCC材料，并分别对其进行单轴抗拉、抗压试验，对轴心抗压度、弹性抗拉强度等进行分析。试验结果表明，ULCC的抗压、抗拉强度均与密度呈现正相关关系，具有较强的拉伸变形性能。关键词:超轻质复
谈超轻质水泥基复合材料的力学性能 本文内容：
摘要:文章以粉煤灰空心微珠作为轻质微集料，将水泥、硅灰作为凝胶材料，将减缩剂作为外加剂，结合成四种不同密度等级的ULCC材料，并分别对其进行单轴抗拉、抗压试验，对轴心抗压度、弹性抗拉强度等进行分析。试验结果表明，ULCC的抗压、抗拉强度均与密度呈现正相关关系，具有较强的拉伸变形性能。
关键词:超轻质复合材料；力学性能；抗压强度
1试验材料与方法
1.1试验材料
在本次试验中使用的原材料包括钢纤维、水、硅灰、漂珠、减缩剂。其中，漂珠即粉煤灰空心微珠，能够悬浮于水面，形态为直径在10~300mm的颗粒，壁厚为直径的2.5%~10.5%。文章使用的ULCC漂珠密度在870kg/m3左右，使用的减缩剂型号为Eclipse、减水剂型号为ADVA181。
1.2试验设计
试验采用了四种不同密度等级的ULCC材料，包括U1250、U1350、U1450与U1550。其中，U1250的配合比为密度257.61kg/m3，配比为水泥499.55kg、减水剂8.21kg、硅灰55.52kg、漂珠366.33kg、钢纤维73.64kg、减缩剂15.48kg；U1350的配合比为密度355.79kg/m3，配比为水泥611.71kg、减水剂8.33kg、硅灰67.95kg、漂珠345.41kg、钢纤维73.81kg、减缩剂6.62kg；U1450的配合比为密度458.23kg/m3，配比为水泥716.76kg、减水剂9.21kg、硅灰79.64kg、漂珠307.05kg、钢纤维74.84kg、减缩剂3.48kg；U1550的配合比为密度552.14kg/m3，配比为水泥801.31kg、减水剂8.51kg、硅灰88.52kg、漂珠290.61kg、钢纤维73.78kg、减缩剂3.81kg。根据上述四种不同密度的ULCC设计出四种试件，每组试件由三个圆柱体构成，尺寸为准100mm×h200mm以及三个哑铃试件[1]。
2试验方法与流程
在抗压试验中利用300t的液压伺服材料试验机完成圆柱试件的抗压加载实验并绘制出试件应力—应变的曲线图，通过位移加载对速度进行控制，加载的速率设置为0.02mm/min。对于ULCC来说，其抗压破坏的类型为脆性破坏，因此在峰值段前后的混凝土应变片数据测量较为困难，而直接架设位移计又会受到末端接触效应的影响，使误差增加。因此，在本次试验中将四个位移计沿着圆柱体以对称形式分布，对试件的轴向变形情况进行测量,再将两组数据整合起来使误差得到有效消除。在抗拉试验中，采用30t微机控制电子伺服进行试件抗拉加载实验。在试件中心位置设置两个夹具，二者距离150mm左右，即拉件的测试标距，在试验中标距范围内安装4根光栅传感器可对试件的竖向变形情况进行测量。在整个试验过程中，利用裂缝测宽仪可对抗拉实验中试件裂缝的变化情况进行测量。
3试验结果与讨论
3.1抗压试验
在抗压试验加载的起始阶段，由于试件此时为线弹性阶段，其应力与应变主要为线弹性关系。随着试件应力的不断提升,当其应力达到80%左右时，内部会产生细小的裂纹，刚度逐渐降低，应力—应变关系呈现出曲线变化；当试件应力逐渐接近峰值时，试件表面的裂缝已经十分明显，可用肉眼看出；当试件应力到达峰值以后，由于其内部出现较大的断裂面，因此其应力大幅度降低，但在钢纤维桥接作用下，当应力下降到最大值后，开始随着应变不断增加，当钢纤维被逐渐拔出后，应力又开始重新进入到下降阶段，内部裂缝也逐渐由内部延伸到表面。实验结果表明，试件的受压面虽然出现了较为显著的压缩变形，但其整体仍然良好，没有出现明显的破碎或基体剥落等情况。
3.2抗拉试验
在拉应力未达到峰值之前，试件此时为线弹性阶段，随着应变的逐渐增加，应力也呈现出线性增加趋势。在此时期，ULCC成为了拉应力的主要承担者；当试件应力到达峰值以后，基体中产生了首个裂缝，在裂缝四周的拉应力则由钢纤维与基体一同承担。但是，钢纤维与基体之间的粘结力与基体自身开裂强度相比较小，因此应力很可能会增加。当首个裂缝处的纤维被全部拔出后，此时应变继续增加，基体内部的裂缝进一步发展，应力进入到下降阶段；当纤维受到尾端效应影响，当其在大幅度下降之后，应力直接进入到缓慢的下降段，这时试件将受到完全破坏[2]。
3.3弹性模量与泊松比
弹性模量是混凝土力学性能进行研究中的重要内容，能够体现出混凝土应力与应变之间的联系，是裂缝开展、结构变形、温度应力计算的重要指标之一。在本次实验中，以各组试件中平均应力—应变曲线中的40%应力为依据，对各组材料的弹性模量与泊松比进行计算，计算结果为:U1250的泊松比为0.25；U1350的泊松比为0.24；U1450的泊松比为0.24；U1550的泊松比为0.25。四种材料的泊松比均在0.24~0.25,与普通混凝土相比略高，可见钢纤维的连接作用能够使ULCC的压缩韧性得到显著提升。同时，ULCC材料的弹性模量还与密度之间呈现出正比例关系，具有较强的线性相关关系，相关系数为0.99。
4结论
文章以粉煤灰空心微珠作为轻质微集料，将水泥、硅灰作为凝胶材料，将减缩剂作为外加剂，结合成四种不同密度等级的ULCC材料，并分别对其进行单轴抗拉、抗压试验，对轴心抗压度、弹性抗拉强度等进行分析，结果表明:1）在圆柱体ULCC材料中，轴心抗拉强度、抗压强度、弹性模量均与密度之间呈现正比例关系，并且具有显著的线性相关关系；2）ULCC抗拉应力—应变曲线在峰值前后的曲线关系较为明显，由此可见此类材料具有较强的拉伸变形性能；3）根据试验结果所得的拉力、压力应力—应变曲线，能够为后续ULCC材料在建筑、桥梁、海洋等工程中的广泛应用提供可靠的理论依据。
参考文献:
[1]张莎莎,武学军.超轻质水泥基混合材料密实度和力学性能研究[J].低温建筑技术,2017,39(12):14-18.
作者：毕晓茜 单位：徐州工程学院
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