纤维增强型蒸压加气混凝土砌块力学性能研究.pdf

2 0 1 5 年 第 2期 (总 第 3 0 4 期) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 4) 混 凝 土 Co nc r e t e 混凝土制品 CONCRET E P R0DUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 2 0 3 2 纤维增强型蒸压加气混凝土砌块力学性能研究 吕信敏，陈国新， 王佳慧， 陈亮亮 ( 新疆农业大学 水利与土木工程学院， 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 5 2 ) 摘要： 在其他原料配合 比不变的条件下， 研究掺玉米秸秆纤维及玻璃纤维蒸压加气混凝土砌块的抗压及劈裂抗拉力学性能， 借用扫描电镜( S E M) 手段从微观层面分析纤维对基体的作用。 试验结果表明 ： 掺人 0 2 和0 5 的玉米秸秆纤维对蒸压加气混 凝土砌块的抗压强度没有显著影响， 对劈裂抗拉强度分别提高 7 4 及 1 8 5 ； 掺0 2 和 0 5 玻璃纤维的蒸压加气混凝土砌块抗 压强度分别提高 6 0 及 2 2 0 ， 劈裂抗拉强度分别提高 1 4 8 及 3 3 3 ； 纤维在基体里形成的网络状增强受力体系及纤维 一 基体 界面是纤维影响基体作用的主要原因。 关键词 ： 蒸压加气混凝土砌块； 玉米秸秆纤维； 玻璃纤维 ； 抗压强度 ； 劈裂抗拉强度 ； 扫描电镜 中图分类号： T U 5 2 8 7 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 1 1 4 0 4 St udy on me ch ani cal pr oper t i es of t he f i b er r ei nf or c ed au t ocl a ve d aer at e d concr et e bl ock LOXi n mi n， C HE N Gu o x i n， WA NG J i a h u i ， C HE N L i a n g l i a n g ( S c h o o l o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Ci v i l E n g i n e e rin g ， Xi n j i a n g Ag ri c u l t u r a l Un i v e r s i ty， U r u mq i 8 3 0 0 5 2， C h i n a ) Abst r a c t： Un d e r t h e c o n d i t i o n o f o t h e r r a w ma t e ria l mi x i n g r a t i o i s c o n s t a n t ， s t u d y o f mi x e d c o rn s t r a w fib e r a n d g l a s s fibe r a u t o c l a ve d a e r a t e d c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e p r o p e r t i e s Us i n g s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p y ( S E M) a n a l y s i s f r o m t h e mi c r o l e v e l e f f e c t o f fib e r t o ma t r i x Th e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t ： c o r n s t a l k fib e r b l e n d e d wi t h 0 2 a n d 0 5 ha d n o s i g n i fic a nt e f f e c t o n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k b u t t h e s pl i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h i n c r e a s e d by 7 4 a n d 1 8 5 r e s p e c t i v e l y： Ad di t i on o f 0 2 a n d O 5 g l a s s fib r e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f a e r a t e d a ut o c l a v e d c o n c r e t e b l o c k i s i n c r e a s e d by 6 a n d 22 r e s p e c t i v e l y， a n d the s pl i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h i n c r e a s e d b y 1 4 8 a n d 3 3 3 r e s p e c t i v e l y； Ma n y r e t i c u l a r fib e r s i n t he ma t rix e nh a n c i n g me c h a n i c a l s y s t e m a s we l l a s t h e f o r m a t i o n o f fib e r ma t rix i n t e r f a c e i s t h e ma i n r e a s o n f o r the s u bs t r a t e e f f e c t o n t h e m i c r o l e v e 1 Key wor ds： a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k； C O rn s tra w fib e r ； g l a s s fib e r ； c o mp r e s s i v e s tre n g t h； s p l i t t i n g t e n s i l e s tre n g t h； s c a n n i n g e l e c tro n mi c r o s c o p y 作 为新 型墙体 材料 的重要 品种之一 ， 蒸 压加气 混凝 土砌块与传统 的黏 土烧结砖 相 比具有保 温 隔热效 果好 、 防火性能好 、 隔 音 、 质 轻 、 环 保等 众 多优点 。 然 而 ， 加 气混凝 土砌块 体积变形 系数偏 大 、 强度 偏低 、 吸水率大 ， 且砌筑成墙体 时 ， 墙体 易 出现 裂缝 ， 抹 灰层 易 产 生 大面 积龟 裂 、 空 鼓 和脱 落 现 象 ， 表 现 出 明显 的脆 性 ， 在 一 定程度 上阻碍 蒸 压加 气 混凝 土 砌块 的进一 步 应 用 和 推广 。 纤维作为一种很好 的水泥基体增强材料 自2 0世 纪起 就被广泛的应用 到传统 的普通混 凝 土制 品 中， 其相 关理 论也得到了较 为充足和深入的研究 。 。 然而由于蒸 压加 气混凝土砌块在 产业化 生产过 程 中， 一 般采 用钢 丝对初 凝后的加气混凝土进行切割成型 ， 掺人过多的纤维会对 加气混凝土的切割有所影响 ， 使得纤维在蒸压加气混凝土 中应用的比较少 ， 其相关研究也相对 缺乏。 玻璃纤 维作为 建筑材料中常用的纤维种类之一， 具有高强度 、 高模量、 低 拉伸 、 耐高温以及 良好 的化学稳 定性等特点 J ， 而玉米秸 秆纤维亦具有 廉价 性 、 广泛 来 源性 、 环境 友好 性 、 长径 比 大及 比强度高等众多优点 ， 为此 ， 分 别将两种 体积掺量 的玉米秸秆纤维和玻璃纤维掺入蒸压加气混凝土砌块中， 研究其抗压 、 劈裂抗拉力学性 能 ， 以期 其脆性特征 能有所 改善 。 1 试验概 况 1 1 原料及其 配合 比 蒸压加气混凝土试块 的制备在新 疆天 山建 材新型墙 体材料厂中进行 ， 制备掺玉米秸秆纤维和玻璃纤维的蒸 压 加气混凝土砌块各 2组 ， 另制备一组不掺任何纤维的砌块 用作试验对照 ， 共 5组试验砌块 。 其制备原料有 ： 玉米秸秆 纤维 、 玻璃纤维 、 铝粉膏 、 水泥 、 粉煤灰 、 石灰 、 石膏 、 水 。 其 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 7 2 0 基金 项 目 ： 国家“ 十二 五” 科技 支撑计划 课题 ( 2 O 1 3 B A J l 2 B 0 5 ) ； 国家 自然科学 基金 ( 1 1 2 4 2 0 0 7 ) ； 教育部科 学技术研究 重点项 目( 2 1 2 1 9 4 ) ； 中 国科学 院“ p 部之光” 人才培养计划项 目( R C P Y 2 0 1 2 0 8 ) 1 1 4 观察图 5 ( C ) 、 ( f ) 、 ( i ) ， 其分别为放大 1 0 0 0 0倍后 的 无纤维砌块界面及两种纤维与基体 的连接界 面， 对纤维界 面的化学物质形态进行观察。 蒸压加气混凝土的水化产物 主要是水化硅酸钙 ， 根据其结晶度 的不 同可分为托勃莫来 石和 C S H( B ) 。 从 中可清楚 辨析 ， 界 面上主要是 叶片 状和针状托勃 莫来石 与结 晶较 差 的 c S H( B) 胶结 在一 起 ， 且此两种物质在界面上的含量及分布方面并无 明显 的 变化 ， 同时界面上亦没 观察 到新 的化 学物质生成 ， 因此两 种纤维对基体硬化过程 中的化学物质 生成 并没有 明显影 响 ， 其对基体的作用 主要是 由基体掺入纤维后的 内部结构 物理特性引起的。 图 5 ( a ) 、 ( b ) 分别为放大 3 5倍 、 3 0 0倍 的无纤维砌块 断面 ， 从 中可辨析蒸压加气混凝土砌块主要 由宏观气孔 以 及气孔周 围的孑 L 壁组成 ， 砌块宏观上 的受力性能主要 由众 多孔壁 交错连接所形成的孔壁骨架来承担 ， 其孔壁骨架结 构上存 在大量微观孔 隙及基 体硬化过程 产生 的微小 收缩 裂缝 。 观察图 5 ( d ) 、 ( g ) ， 从 中可观 察到玉米 秸秆纤维 以 及玻璃纤维能与分布在 其周边孔壁骨 架形成 良好 的贯穿 连接 ， 而众 多纤 维掺 入 基体 后 的乱 向分 布 ， 可 形成 网络 状的三维支撑增强体 系， 提 高了砌块 内部 的整体性。 当基 体受到外力作用时 ， 孔壁骨架微裂缝部位 的端部会产生大 量的应力集中， 导致裂缝迅速扩展， 最终致使材料的脆性 破坏 。 。 ， 而此时纤维 的掺人能有效降低其端部 的应力 集 中， 改变裂缝的方 向及减缓 微裂缝 的扩展 。 随着基 体的 进一步破坏 ， 纤维对砌体出现分离状态的水泥块粒也有一 定的牵连作用 ， 纤维从水泥基体剥落或是被拉断裂都要消 耗大量 能量 。 因此掺 纤维 的蒸压加 气混凝 土砌 块劈 裂抗 拉强度郁有显 著 的提 高 ， 即纤维 对砌块 的脆 性有 明显 的 改善。 纤维形成 的网络状增强 受力体系一方 面阻止 了贯通 微裂缝的发展 ， 但 是另一 方面也 增加 了纤 维与基 体 的界 面 。 观察图 5 ( e ) 、 ( h ) ， 玉米秸秆 纤维 与砌 块基体 的黏结 相对更为不紧密， 界 面上存在大量微 孔间隙 ， 界 面区较薄 弱 ， 而玻璃纤维 与水 泥浆体黏结 良好 ， 且玻璃纤维 的高弹 性模量及相对较小直径使得砌块 的内部 结构更 为致密 ， 提 高 了砌块的强度 ， 使其受压性能也显 著增强 。 玉米秸秆纤 维相对较大的直径及增加 的界 面薄弱 区使得 其对孔壁造 成 了相对较大的破坏 ， 所以其对基体整体 的抗压性 能没有 明显提高 ， 甚至降低了基体抗压性能。 4 结 论 通过对掺玻璃纤 维和玉米秸秆 纤维蒸压 加气混凝 土 砌块力学性能的试验研究 ， 并分析纤维对砌块增强作用机 理 ， 可以得到如下结论 ： ( 1 ) 玉米秸秆纤维对蒸压加气混凝土砌块的抗压强度 无明显增强作用， 但对劈裂抗拉强度有显著影响， 其0 2 和 O 5 的纤维体积掺量对劈裂抗拉强度分别提高 7 4 及 1 8 5 。 ( 2 ) 玻璃纤维对蒸压加气 混凝 土砌块抗压强 度 、 劈裂 抗拉强度均有明显增强作用 ， 其 0 2 和 O 5 的纤维体积 掺量对抗压强度分别提高 6 0 及 2 2 0 ， 对劈裂抗 拉强度 分别提高 1 4 8 及 3 3 3 。 ( 3 ) 在玉米秸秆纤维 和玻璃纤 维相同 的掺量下 ， 玻璃 纤维对蒸压加气混凝土砌块 抗压及劈裂抗拉 的增强作用 要优于玉米秸秆纤维 。 ( 4 ) 众多纤维在蒸压加气混凝土砌块基体里形成 的网 络状增强受力体系 以及形成 的纤 维 一 基体界 面是纤维在 微观层面上对基体作用的主要原因。 参 考文 献 ： 1 朱国梁 ， 周小强 ， 张国峰 蒸压加气混凝土砌块的应用 J 新型 建筑材料， 1 9 9 6 ( 4 ) ： 3 4 3 6 2 N A R A Y A N A N N， R A MA MU R T H Y K S t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f a e r a t e d c o n c r e t e ： a r e v i e w J C e me n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 0 ， 2 2 ( 5 ) ： 3 2 1 3 2 9 3 肖力光 ， 崔正旭 ， 闰迪 ， 赵壮 蒸压加气混凝土专用抹面砂浆性 能的研究 J 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 1 1 3 1 1 6 4 陈润锋 ， 张国防 ， 顾 国芳 我国合成纤维混凝土研究与应 用现 状 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 1 ， 4 ( 2 ) ： 1 6 71 7 3 5 张红州 ， 刘锋等 ， 李丽娟 ， 陈应钦 ， 范根育 纤维 混凝土的研究 与应用现状 J 新型建筑材料 ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 1 2 1 5 6 黄照明 ， 袁誉飞 ， 文梓芸 对 墙体材料应用统一技术规范 关 于蒸压加气混凝土 砌块规定 的意见和 建议 J 建筑结构 ， 2 0 1 1 ， 4 1 ( 1 O )： 1 3 01 3 4 7 _1邓雯琴 纤维混凝土的孔结构特征与耐久性分析 D 大连 ： 大 连交通大学 ， 2 0 1 0 8 1徐辉 ， 卢安琪， 陈健 ， 等 国内外植物纤维增强水泥基复合材料 的研究 J 纤维素科学与技术， 2 0 0 5 ， 1 3 ( 4 ) ： 6 0 6 4 9 |吴笑梅 ， 樊粤明 粉煤灰加气混凝土水化产物的种类和微观结 构 J 华南理工大学学报， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 8 ) ： 5 7 6 1 I O 桂苗苗， 蔡振哲 蒸压加气混凝土性能比较及微观分析 J 武 汉理工大学学报 ， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 8 ) ： 3 1 3 5 作： 葺简介： 吕信敏( 1 9 9 0一) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 新型建 筑结构体系。 联系地址： 乌鲁木齐市农大东路 3 1 1 号 新疆农业大学水利与土 木工程学院( 8 3 0 0 5 2 ) 联系电话： 1 5 1 9 9 0 6 2 2 9 6 11 7