本文關(guān)鍵詞：水泥基復合材料界面區(qū)的力學性能試驗研究

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【摘要】：水泥基材料作為典型的多相非均質(zhì)材料,其微觀各組成相的結(jié)構(gòu)特征對宏觀性能起到?jīng)Q定性作用,界面過渡區(qū)(Interface Transition Zone-ITZ)的厚度僅為數(shù)十微米左右,其性能比基體弱,是復合材料中的薄弱區(qū)域。本文在不同的水膠比下研究硅灰替代不同水泥摻量對水泥基復合材料抗壓強度的影響,并利用納米壓痕技術(shù),測試骨料和纖維及其鄰近區(qū)域的硬度值和彈性模量,研究骨料、纖維界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)及微力學性質(zhì)。同時采用環(huán)境掃描電子顯微鏡(Environmental scanning electron microscopy ESEM)微觀測試技術(shù)及背散射圖像灰度統(tǒng)計分析,觀測硅灰替代水泥摻量和水膠比變化對界面區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)、內(nèi)部產(chǎn)物、界面層的特征以及界面層強化的影響規(guī)律。本文主要得出下列結(jié)論:(1)隨著硅灰摻量的增加,試件抗壓強度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢;隨著水膠比的增長,抗壓強度逐漸降低;硅灰摻量較高時,養(yǎng)護時間的延長有助于后期強度的提高。本試驗條件下,硅灰替代量為10%、水膠比為0.18時,試件的抗壓強度最高。(2)納米壓痕試驗觀測到在本試驗配比下,界面過渡區(qū)厚度約在20um-60um范圍內(nèi)變化。水膠比一定時,隨著硅灰替代量的增加,界面區(qū)的的彈性模量值和壓痕硬度值逐漸升高后下降,與基體界面過渡區(qū)的差值越來越小,當硅灰摻量達到30%時,界面過渡區(qū)不明顯;硅灰摻量一定時,水膠比增大,界面區(qū)的彈模值及硬度值逐漸降低,界面區(qū)厚度增加。(3)掃描電鏡試驗形貌圖(SEM)及背散射(Back scattering-BSE)圖像灰度分析發(fā)現(xiàn):水膠比一定時,隨著硅灰摻量的提高,界面區(qū)的大孔及連通孔減少,細小孔洞增多,孔隙率上升,氫氧化鈣(簡稱CH)晶體體積下降且數(shù)量遞減,未水化水泥顆粒數(shù)量及平均灰度值下降,水化硅酸鈣(簡稱C-S-H)凝膠體增多,裂紋的數(shù)量及擴展范圍下降,界面區(qū)結(jié)構(gòu)變得相對致密;硅灰摻量一定時,水膠比的增長導致界面及水泥漿體部分的孔洞逐漸增多增大,孔隙率上升,未水化水泥顆粒減少,平均灰度值下降,CH晶體數(shù)量增多,界面結(jié)構(gòu)相對疏松;背散射圖像灰度分析確定的界面區(qū)厚度范圍為20um-50um,與納米壓痕試驗結(jié)果相接近。
【關(guān)鍵詞】：納米壓痕 掃描電鏡背散射 界面過渡區(qū) 彈性模量 硬度
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU528
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-17
• 1.1 研究背景8-10
• 1.2 界面過渡區(qū)概述10-13
• 1.2.1 界面過渡區(qū)的形成機理10-11
• 1.2.2 界面過渡區(qū)的性能及改善措施11-12
• 1.2.3 界面過渡區(qū)的研究方法12-13
• 1.3 納米壓痕儀的原理及其在水泥基材料研究中的應(yīng)用13-15
• 1.4 掃描電鏡背散射圖像測試原理及其在水泥基材料研究中的應(yīng)用15-16
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第二章 試驗原材料及試驗方法17-30
• 2.1 試驗原材料17-19
• 2.2 配合比設(shè)計19
• 2.3 試件制作19-22
• 2.3.1 試件種類19-20
• 2.3.2 試件制作過程20-22
• 2.4 納米壓痕試驗設(shè)備及方法22-27
• 2.4.1 納米壓痕試驗儀器介紹22
• 2.4.2 納米壓痕儀器技術(shù)參數(shù)22-23
• 2.4.3 納米壓痕試驗的實驗原理23-25
• 2.4.4 納米壓痕試驗的試樣要求25-26
• 2.4.5 納米壓痕試驗的測試程序26-27
• 2.5 掃描電子顯微鏡設(shè)備及背散射圖像分析方法27-30
• 2.5.1 掃描電子顯微鏡儀器介紹27
• 2.5.2 掃描電子顯微鏡背散射圖像分析方法27-29
• 2.5.3 掃描電子顯微鏡對樣品的要求29-30
• 第三章 水泥基復合材料抗壓力學性能研究30-37
• 3.1 引言30
• 3.2 試驗儀器及方法30-31
• 3.3 試驗結(jié)果分析31-36
• 3.3.1 硅灰摻量對抗壓強度影響32-33
• 3.3.2 水膠比對抗壓強度影響33-35
• 3.3.3 養(yǎng)護時間對抗壓強度影響35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第四章 納米壓痕力學試驗結(jié)果分析37-59
• 4.1 引言37
• 4.2 納米壓痕試驗數(shù)據(jù)處理方法37-40
• 4.2.1 界面過渡區(qū)微力學性質(zhì)測試結(jié)果與壓痕深度典型曲線37-38
• 4.2.2 納米壓痕測試指標與距骨料及纖維表面距離變化的典型試驗曲線38-39
• 4.2.3 納米壓痕測試指標距骨料及纖維表面距離變化的等高圖表征39-40
• 4.3 骨料界面過渡區(qū)的微力學性質(zhì)分析40-50
• 4.3.1 水膠比的影響40-46
• 4.3.2 硅灰摻量的影響46-50
• 4.4 纖維界面過渡區(qū)的微力學性質(zhì)50-58
• 4.4.1 水膠比的影響50-55
• 4.4.2 硅灰摻量的影響55-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 掃描電鏡下界面過渡區(qū)微觀結(jié)構(gòu)分析59-90
• 5.1 引言59
• 5.2 掃描電鏡下界面區(qū)微觀形貌分析59-73
• 5.2.1 骨料界面區(qū)(A-ITZ)的微觀形貌分析59-66
• 5.2.2 纖維界面區(qū)(F-ITZ）的微觀形貌分析66-73
• 5.3 掃描電鏡背散射圖像灰度分析73-87
• 5.3.1 界面過渡區(qū)厚度表征73-74
• 5.3.2 纖維界面區(qū)(F-ITZ)的背散射圖像灰度分析74-80
• 5.3.3 骨料界面區(qū)(A-ITZ)背散射圖像灰度分析80-87
• 5.4 硅灰的影響機理分析87-88
• 5.5 水膠比的影響機理分析88-89
• 5.6 本章小結(jié)89-90
• 結(jié)論與展望90-93
• 結(jié)論90-91
• 展望91-93
• 參考文獻93-97
• 致謝97

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本文編號：677777