钢纤维增强聚合物水泥砂浆刚性屋面防水层的增强机理与微观结构
发布时间：2017-04-07 10:15:39 发布人：admin 浏览次数：668次
钢纤维均能改善材料变形能力的特性，提出了用钢纤维增强聚合物水泥砂浆作为刚性屋面防水材料的设想，采用扫描电镜（SEM）和小角度X衍射法（SAXS）对砂浆进行钢纤维聚合物水泥微观分析，进而论证了此材料技术上的可行性。
迄今，屋面渗漏一直是世界各国建筑物面临的第一位问题。屋面防水材按其工作特性可分为柔性和刚性两类。由于柔性防水材料粘结质量不高、热施工、工艺复杂等原因，人们逐渐转用刚性防水材料。工程实践表明，刚性防水往往因基层变形而出现裂缝。为此，人们想到改善刚性防水层的变形能力，使之更好地与基层变形相适应。
将钢纤维掺入水泥砂浆或混凝土中，能显著提高其抗裂性、弯曲韧性和抗冲击性，使原属于脆性材料的水泥砂浆或混凝土转变为具有良好抗裂性的材料。
本文采用河海大学水溶性高分子防渗补强材料建工一1号（简称一1胶）与钢纤维水泥砂浆复合，经多次试验，得出各项材料最佳配比和一1胶的最佳掺量，通过试验，探讨其作为刚性防水材料的可行性。
1试验条件水泥安徽宁国水泥厂产525普通水泥；细骨料河砂松散容重1.5鬼/cm3，细度模数2.22；钢纤维江苏宜兴产，规格DN―25，截面尺寸0.4X03mm，长度25mm；一1胶河海大学制品，无色胶状物，无毒无害；UEAU型砼膨胀剂，石家庄市水泥制品厂产，比重收穑日期：20⑴1028减水剂上海五四农场助剂厂产SN―型减水剂；水自来水。
2聚合物一水泥体系复合结构的机理分析前苏联学者C.契尔金斯基11对聚乙烯醇存在下的C3A悬浮体相进行的分析表明，C3A溶解过程减缓，且聚乙烯醇分子量越大，浓度越高，C3A溶解速度越小。这是由于起始时铝酸盐表面为被吸附的聚合物外加剂屏蔽所致。事实上，随着铝酸盐悬浮体中聚乙烯醇浓度增加，体系的初始比电导迅速下降。聚乙烯醇延缓了水解作用。一1胶也有延缓及早期强度降低的类似现象。
目前，关于聚乙烯醇对C3S―水体系影响的研究不多。在波特兰水泥熟料（高碱低铝酸盐）水化过程中，相对于水化硅酸钙而言，液相中的Ca（0H）2迅速达到饱和，当掺入聚乙烯醇时，液相中钙离子浓度随聚乙烯醇增加而提高。
关于聚合物水泥的硬化过程目前一般认为，硬化时聚合物与水泥之间未发生化学作用。聚合物水泥混合物的结构形成过程是，在水泥用聚合物乳液拌合开始，水泥从乳液中吸收水分，使乳液稠度提高。当水泥石结构在一定程度上趋于完成时，乳液由于脱水而逐渐凝固，水泥水化生成物由于被乳液微粒包裹而形成聚合物与水泥石相互填充，从而提高了水泥石的抗专题研究渗性，并改善了其它性能。
3钢纤维约束裂缝开展的机理关于钢纤维补强混凝土的机理，在纤维间隔说和混合法则的基础上，出现了两种流行的理论。日本学者小林一辅认为，纤维间隔说，能更合理地说明钢纤维补强混凝土的强化机理，比较符合实际情况。本文仅简介纤维间隔说理论如下：根据Griffth脆性破坏理论，混凝土破坏是其内部有许多裂纹和空隙等缺陷，当外力作用于这种材料时，就在这些缺陷部位产生较大的应力集中，裂纹就从这些部位开始发展。
上述现象，首先在混凝土内部各个缺陷部位产生，最后导致整个混凝土破坏。Romualdi用所示模型，说明了在这种材料中掺入钢纤维后强度增强的理由。如（a）所示，在拉力方向上，连续钢丝（间隔S）按棋盘网格状配置，假定裂纹（半径a）存在于由4根钢丝围成的中间部位，此时因拉伸应力gI（S）~S2曲线，米用Fankuchen法分解曲线，可得各粒子（或微孔）所占的重量百分数WR（in与各粒子（或微孔）的半径Ron间的关系，最后便可得出粒子（或微孔）粒度分布的相对值。配5.2.1试样制备本试验样品与SEM试验试样同。
用刮刀在试样上均刮取少许，分别用标准筛（0.16mm）筛除大颗粒，然后在烘箱中烘干编号，保存待用。
5.2.2测定原理与条件在稀疏两相体系中SAXS效应可单一地归因于两相的电子密度差，忽略粒子间相互干扰，其散射强度为不同粒度粒子散射强度的简专题研究为lgI（S）~S2曲线：Kn=K°WHn°Rn3：Kn是各切线的截距，K是常数。
采用X射线衍射仪，2203E5型四狭缝小角度散射仪Cu靶X射线线光源辐射，测角范围20=0.□，积分步进扫描，步宽0.02U计数时间10S，第一狭缝0.07X15mm，第二狭缝0.03X20mm接收狭缝0.30X22mm.试样因是粉末，为保持整体性用透明胶纸压盖，试样测完后再将背景重测，作扣除背景之用，最后得到最原始图形即SAXS强度I（S）与测角范围20关系曲线，然后在计算机上采用粒度分布软件对试样SAXS强度曲线进行处理，得到试样粉末的微孔分布。处理步骤如下将20所对应的值转换成S2；将每个样品的一系列SAXS强度值（样品与背景为一体）减去背景的SAXS强度值得到一系列纯样品的SAXS强度值I（S）；在曲线图上作切线，通过软件计算得到最后的微孔分布数据。
6试验结果分析按吴中伟教授提出的孔径区域四级分类法（d<200A为无害孔级；d=200~500A为少害孔级；d=500 ~2000为有害孔级；d>2000为多害孔级）将本次试验进行分类，结果示于表1.表1砂浆小角度X衍射法（SAXS）微孔测试结果编号最小孔径d（A）最大孔径孔径d（A）在下列范围内的含量由表1明显看出，加一1胶可使孔径变小，由于其具有填充、阻断毛细孔隙的作用，使得一1砂浆的耐久性能明显高于相同水灰比的水泥砂浆。同时，由于UEA本身具有使水泥石中的大孔变小、总孔隙率减少的特性，改善了水泥砂浆的孔结构，使PU12组显示出更好的耐久性能。而UEA掺量为12%、钢纤维体积掺量为1.5%的钢纤维一1砂浆PU12F除微观测试结果与PU12组相同外，其韧性更好、阻裂效果更佳。通过SEM和SAXS试验，笔者认为作为防水层钢纤维一1砂浆应用于刚性屋面具有良好的发展前景。
迄今，屋面渗漏一直是世界各国建筑物面临的第一位问题。屋面防水材按其工作特性可分为柔性和刚性两类。由于柔性防水材料粘结质量不高、热施工、工艺复杂等原因，人们逐渐转用刚性防水材料。工程实践表明，刚性防水往往因基层变形而出现裂缝。为此，人们想到改善刚性防水层的变形能力，使之更好地与基层变形相适应。
将钢纤维掺入水泥砂浆或混凝土中，能显著提高其抗裂性、弯曲韧性和抗冲击性，使原属于脆性材料的水泥砂浆或混凝土转变为具有良好抗裂性的材料。
本文采用河海大学水溶性高分子防渗补强材料建工一1号（简称一1胶）与钢纤维水泥砂浆复合，经多次试验，得出各项材料最佳配比和一1胶的最佳掺量，通过试验，探讨其作为刚性防水材料的可行性。
1试验条件水泥安徽宁国水泥厂产525普通水泥；细骨料河砂松散容重1.5鬼/cm3，细度模数2.22；钢纤维江苏宜兴产，规格DN―25，截面尺寸0.4X03mm，长度25mm；一1胶河海大学制品，无色胶状物，无毒无害；UEAU型砼膨胀剂，石家庄市水泥制品厂产，比重收穑日期：20⑴1028减水剂上海五四农场助剂厂产SN―型减水剂；水自来水。
2聚合物一水泥体系复合结构的机理分析前苏联学者C.契尔金斯基11对聚乙烯醇存在下的C3A悬浮体相进行的分析表明，C3A溶解过程减缓，且聚乙烯醇分子量越大，浓度越高，C3A溶解速度越小。这是由于起始时铝酸盐表面为被吸附的聚合物外加剂屏蔽所致。事实上，随着铝酸盐悬浮体中聚乙烯醇浓度增加，体系的初始比电导迅速下降。聚乙烯醇延缓了水解作用。一1胶也有延缓及早期强度降低的类似现象。
目前，关于聚乙烯醇对C3S―水体系影响的研究不多。在波特兰水泥熟料（高碱低铝酸盐）水化过程中，相对于水化硅酸钙而言，液相中的Ca（0H）2迅速达到饱和，当掺入聚乙烯醇时，液相中钙离子浓度随聚乙烯醇增加而提高。
关于聚合物水泥的硬化过程目前一般认为，硬化时聚合物与水泥之间未发生化学作用。聚合物水泥混合物的结构形成过程是，在水泥用聚合物乳液拌合开始，水泥从乳液中吸收水分，使乳液稠度提高。当水泥石结构在一定程度上趋于完成时，乳液由于脱水而逐渐凝固，水泥水化生成物由于被乳液微粒包裹而形成聚合物与水泥石相互填充，从而提高了水泥石的抗专题研究渗性，并改善了其它性能。
3钢纤维约束裂缝开展的机理关于钢纤维补强混凝土的机理，在纤维间隔说和混合法则的基础上，出现了两种流行的理论。日本学者小林一辅认为，纤维间隔说，能更合理地说明钢纤维补强混凝土的强化机理，比较符合实际情况。本文仅简介纤维间隔说理论如下：根据Griffth脆性破坏理论，混凝土破坏是其内部有许多裂纹和空隙等缺陷，当外力作用于这种材料时，就在这些缺陷部位产生较大的应力集中，裂纹就从这些部位开始发展。
上述现象，首先在混凝土内部各个缺陷部位产生，最后导致整个混凝土破坏。Romualdi用所示模型，说明了在这种材料中掺入钢纤维后强度增强的理由。如（a）所示，在拉力方向上，连续钢丝（间隔S）按棋盘网格状配置，假定裂纹（半径a）存在于由4根钢丝围成的中间部位，此时因拉伸应力gI（S）~S2曲线，米用Fankuchen法分解曲线，可得各粒子（或微孔）所占的重量百分数WR（in与各粒子（或微孔）的半径Ron间的关系，最后便可得出粒子（或微孔）粒度分布的相对值。配5.2.1试样制备本试验样品与SEM试验试样同。
用刮刀在试样上均刮取少许，分别用标准筛（0.16mm）筛除大颗粒，然后在烘箱中烘干编号，保存待用。
5.2.2测定原理与条件在稀疏两相体系中SAXS效应可单一地归因于两相的电子密度差，忽略粒子间相互干扰，其散射强度为不同粒度粒子散射强度的简专题研究为lgI（S）~S2曲线：Kn=K°WHn°Rn3：Kn是各切线的截距，K是常数。
采用X射线衍射仪，2203E5型四狭缝小角度散射仪Cu靶X射线线光源辐射，测角范围20=0.□，积分步进扫描，步宽0.02U计数时间10S，第一狭缝0.07X15mm，第二狭缝0.03X20mm接收狭缝0.30X22mm.试样因是粉末，为保持整体性用透明胶纸压盖，试样测完后再将背景重测，作扣除背景之用，最后得到最原始图形即SAXS强度I（S）与测角范围20关系曲线，然后在计算机上采用粒度分布软件对试样SAXS强度曲线进行处理，得到试样粉末的微孔分布。处理步骤如下将20所对应的值转换成S2；将每个样品的一系列SAXS强度值（样品与背景为一体）减去背景的SAXS强度值得到一系列纯样品的SAXS强度值I（S）；在曲线图上作切线，通过软件计算得到最后的微孔分布数据。
6试验结果分析按吴中伟教授提出的孔径区域四级分类法（d<200A为无害孔级；d=200~500A为少害孔级；d=500 ~2000为有害孔级；d>2000为多害孔级）将本次试验进行分类，结果示于表1.表1砂浆小角度X衍射法（SAXS）微孔测试结果编号最小孔径d（A）最大孔径孔径d（A）在下列范围内的含量由表1明显看出，加一1胶可使孔径变小，由于其具有填充、阻断毛细孔隙的作用，使得一1砂浆的耐久性能明显高于相同水灰比的水泥砂浆。同时，由于UEA本身具有使水泥石中的大孔变小、总孔隙率减少的特性，改善了水泥砂浆的孔结构，使PU12组显示出更好的耐久性能。而UEA掺量为12%、钢纤维体积掺量为1.5%的钢纤维一1砂浆PU12F除微观测试结果与PU12组相同外，其韧性更好、阻裂效果更佳。通过SEM和SAXS试验，笔者认为作为防水层钢纤维一1砂浆应用于刚性屋面具有良好的发展前景。