硅烷偶联剂改性水泥基复合材料研究

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水泥基复合材料是当前广为使用的一类建筑材料,但由于其中含有不同类别的材料,其界面往往成为影响材料性能的薄弱环节。本论文用硅烷偶联剂对橡胶粉、钢纤维、玻璃纤维表面进行处理,或将硅烷偶联剂加入到普通水泥砂浆和聚合物改性砂浆、混凝土中,研究硅烷偶联剂对这些水泥基复合材料的稠度、分层度和力学强度等性能的影响。研究硅烷偶联剂对普通水泥砂浆、苯丙胶乳改性水泥砂浆稠度、分层度、抗折强度、抗压强度和抗拉强度等性能的影响;硅烷偶联剂对丁苯胶乳改性混凝土抗折、抗压和劈裂抗拉强度等性能的影响;硅烷偶联剂对掺橡胶粉、钢纤维和玻纤等复合水泥砂浆以及其聚合物改性复合砂浆的抗折、抗压和抗拉强度等性能的影响;最后通过红外光谱、扫描电镜等测试这些复合砂浆的化学成份及微观形貌,对其改性机理进行了初步探讨。 研究结果表明:使用硅烷偶联剂后,各类复合水泥砂浆的力学性能均有不同程度提高;在硅烷偶联剂用量为0~2%的范围内,普通水泥砂浆和苯丙改性砂浆的稠度、分层度随硅烷偶联剂用量的增加而增大,各类砂浆的力学性能随硅烷偶联剂用量的增加呈现先增大后大致保持不变或者略微降低的趋势;在硅烷偶联剂用量为0.5%~1%的范围内,各类砂浆的力学性能提高显著;其中,对于抗折和抗压强度,使用硅烷偶联剂对苯丙胶乳改性水泥性能提高最为明显,最高比空白样约提高20%,对普通水泥砂浆的提高幅度最低,约5%~10%,其余几类砂浆的提高幅度介于两者之间;对于抗拉强度,使用硅烷偶联剂对掺玻纤砂浆的提高幅度最大,在20%~40%之间,其余几类砂浆提高幅度相差不大,约在10%~20%之间。由此可说明硅烷偶联剂对提高普通砂浆、聚合物砂浆的稠度,改善其流动性有明显地促进作用,对各类砂浆的力学性能均有不同程度的提升效果; 红外光谱分析显示,经过偶联剂处理后的砂浆粉、橡胶粉和玻纤粉末均存在明显的CH<,2>吸收带,处理后偶联剂在它们表面形成了一层偶联层,偶联层中的亲有机物基团与聚合物胶乳或橡胶分子中的有机机团具有相容性,产生偶联效果从而改善橡胶粉砂浆、聚合物砂浆的力学性能;硅烷低聚物同样可与钢材、玻纤表面的羟基反应,有效地改善钢纤维砂浆、玻纤砂浆以及它们的聚合物改性砂浆的界面粘结,增强了其力学性能。 本研究可一定程度上弥补橡胶粉水泥砂浆、聚合物改性水泥砂浆等复合砂浆在形成复合材料后力学性能方面下降的缺陷,这对扩大此类砂浆的应用范围具有重要意义。本研究开发了将硅烷偶联剂运用到普通水泥砂浆、掺钢纤维和掺玻纤砂浆以及聚合物改性砂浆等复合材料领域,这对提高这些材料的力学性能,增强使用此类材料建筑物使用寿命以及进一步促进其推广应用都有重要意义。
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