本文選題：石灰-偏高嶺土 + 天然礦物纖維　； 參考：《長安大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：古建筑遺址是人類歷史文化遺產(chǎn)的重要組成部分,見證了人類文化的發(fā)展和科技的進(jìn)步。目前,中國保有大量如城墻、墓葬、石雕造像及巖畫壁畫等磚石及巖土質(zhì)古建筑遺址,而此類遺址保護(hù)工作的關(guān)鍵就在于修護(hù)所采用的膠凝材料是否得當(dāng),因此,古建筑修護(hù)膠凝材料的研發(fā)一直是相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的研究重點(diǎn)。石灰-偏高嶺土(Lime-metakaolin,L-MK)膠凝材料是由熟石灰與偏高嶺土混合而成的膠凝材料,由于其機(jī)械強(qiáng)度適中、透水透氣性良好、不含可溶性鹽類等特性,可與古建筑基體進(jìn)行良好兼容,因而成為近幾年古建筑修復(fù)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文以氫氧化鈣和偏高嶺土為原料,制備了L-MK凈漿及砂漿,并以性能增強(qiáng)及生產(chǎn)安全性為出發(fā)點(diǎn),選用坡縷石、硅灰石、水鎂石及海泡石四類非石棉天然礦物纖維對其進(jìn)行改性。采用現(xiàn)代測試手段對漿體的固化反應(yīng)機(jī)理、物相成分和微觀結(jié)構(gòu)變化以及纖維改性機(jī)理等方面進(jìn)行了分析研究,本文主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)在偏高嶺土摻量0%~50%范圍內(nèi),其摻量的增加有助于凈漿中水化反應(yīng)的進(jìn)行,使材料整體性能提高。其中,當(dāng)摻量40%~50%時,C4AH13為反應(yīng)初期的主要結(jié)晶態(tài)水化產(chǎn)物,而后C4AH13逐漸向C2ASH8轉(zhuǎn)化,28天時C2ASH8成為主要產(chǎn)物,養(yǎng)護(hù)28天可可基本將原料Ca(OH)2反應(yīng)完全;摻量10%~20%時,C4AH13為整個過程中的主要結(jié)晶態(tài)水化產(chǎn)物,養(yǎng)護(hù)28天時樣品中仍存有大量未反應(yīng)的Ca(OH)2;摻量30%時,經(jīng)過28天養(yǎng)護(hù),產(chǎn)物中C4AH13和C2ASH8并存,也存在一定量未反應(yīng)的Ca(OH)2;整個養(yǎng)護(hù)過程中C4A?H11僅作為中間產(chǎn)物短時間存在于反應(yīng)初期,對材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)影響不大;此外,水化產(chǎn)物C-S-H中存在普遍的Al類質(zhì)同象替代Si的現(xiàn)象。(2)與凈漿相比,標(biāo)準(zhǔn)砂的加入會延緩砂漿的水化反應(yīng)進(jìn)程,有利于碳化反應(yīng)的進(jìn)行;偏高嶺土摻量的升高有助于砂漿機(jī)械強(qiáng)度、抗干燥收縮性、質(zhì)量穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及抗硫酸鹽腐蝕性的提高;較高的養(yǎng)護(hù)濕度條件有利于L-MK砂漿總體性能的提升,表明L-MK砂漿適用于潮濕環(huán)境中,但高濕度條件下養(yǎng)護(hù)后的L-MK固化砂漿對硫酸鹽侵蝕的敏感性更高;膠砂比和水膠比的改變,會對新拌砂漿的工作性能及固化砂漿的物理、力學(xué)性能產(chǎn)生不同程度的影響。(3)在坡縷石及硅灰石纖維粉改性L-MK砂漿中,纖維粉尺寸越細(xì)小,改性作用效果越明顯,但兩種纖維對砂漿的作用機(jī)理不同:坡縷石纖維會促使水化產(chǎn)物沿纖維表面生長成放射狀的脈絡(luò)結(jié)構(gòu),而硅灰石則會參與體系內(nèi)部水化反應(yīng);兩種纖維粉均會在一定程度改善砂漿的柔韌性,有利于提高砂漿的抗裂性能;坡縷石纖維的添加會使新拌砂漿流動度明顯減小,收縮值和吸水性變大,而力學(xué)性質(zhì)有不同程度的下降;硅灰石纖維會增加砂漿流動度,收縮值和吸水性變小,有利于抗折強(qiáng)度的提升,對抗壓強(qiáng)度影響不大,經(jīng)分析,坡縷石纖維最佳摻量為2%~4%,硅灰石為4%;(4)在水鎂石及海泡石纖維改性L-MK砂漿中,經(jīng)過松解處理,可以使纖維束發(fā)生顯著松解,雜質(zhì)含量減少,相比于干法添加,濕法添加更有利于纖維在砂漿中的均勻分散;兩種纖維的添加均會減小新拌砂漿的流動度,增加固化砂漿的收縮性及吸水性,其中海泡石纖維影響效果更為明顯;此外,水鎂石和海泡石纖維的添加會在砂漿內(nèi)部形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),能有效承擔(dān)并消耗斷裂能,使砂漿力學(xué)性能獲得一定提升;水鎂石和海泡石纖維分別在摻量2%和6%時效果最好。(5)基于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維和裂紋的幾何關(guān)系模型,探究了水鎂石和海泡石纖維改性L-MK材料中亂向分布的微裂紋和纖維之間的量化關(guān)系。在假定微裂紋尺寸一定的條件下,裂紋與纖維的接觸概率與纖維摻量成正比,與纖維長徑比成反比。水鎂石纖維相比海泡石纖維具有更低的相對密度和長徑比值,有利于在較少的纖維體積摻量條件下增加微裂紋與纖維的接觸概率,從而可在較少的纖維摻量條件下發(fā)揮其纖維增強(qiáng)贈韌的作用效果。
[Abstract]:The ancient architectural site is an important part of human historical and cultural heritage. It has witnessed the development of human culture and the progress of science and technology. At present, China maintains a large number of bricks and rocks, such as walls, tombs, stone sculptures and rock paintings, and other rock and earth ancient building sites, and the key to this kind of site protection is the cementitious material used in the repair. Therefore, the research and development of gelling materials for ancient building repair has always been the focus of research in the related fields. Lime-metakaolin (L-MK) cementitious material is a cementitious material composed of lime and metakaolin. Because of its moderate mechanical strength, good permeability and permeability, and no soluble salts, it can be used in ancient times. In this paper, L-MK pulp and mortar are prepared by using calcium hydroxide and metakaolin as raw materials, and four kinds of non asbestos natural mineral fibers, palygorskite, wollastonite, brucite and sepiolite, are selected as the starting point for the preparation of calcium hydroxide and metakaolin as raw materials. The curing reaction mechanism, phase composition and microstructure change and fiber modification mechanism of the slurry are analyzed with modern testing methods. The main contents and results of this paper are as follows: (1) in the range of 0%~50%, the increase of the content of the mixture is helpful to the hydration reaction in the pulp. When the amount of 40%~50% is added, C4AH13 is the main crystalline hydration product at the initial stage of the reaction, and then C4AH13 is gradually converted to C2ASH8, and C2ASH8 becomes the main product at 28 days, and 28 days of cocoa basically reacts the raw material Ca (OH) 2, and C4AH13 is the main crystalline hydration product in the whole process when the amount of 10%~ 20% is added. There are still a lot of unreacted Ca (OH) 2 in the curing 28 days, and 30%, after 28 days of curing, C4AH13 and C2ASH8 coexist in the product, and there is a certain amount of unreacted Ca (OH) 2. During the whole curing process, C4A H11 only exists as a intermediate product in the initial period of the reaction, and has little effect on the structure and properties of the material; in addition, the hydration product C-S-H There is a common phenomenon of Al like homogeneous image instead of Si. (2) compared with the net pulp, the addition of standard sand will delay the hydration process of the mortar and be beneficial to the carbonization. The increase of the content of the high ridge soil is helpful to the mechanical strength of the mortar, the anti drying shrinkage, the quality stability, the water stability and the sulfate corrosion resistance; The curing moisture condition is beneficial to the improvement of the overall performance of L-MK mortar, indicating that the L-MK mortar is suitable for the wet environment, but the sensitivity of the L-MK solidified mortar after the maintenance of high humidity is higher, and the change of the mortar ratio and the water glue ratio will not produce the physical and mechanical properties of the new mortar. (3) in the modified L-MK mortar of palygorskite and wollastonite fiber powder, the smaller the size of the fiber powder, the more obvious the modification effect is, but the mechanism of the action of the two fibers is different: palygorskite fibers will cause the hydration products to grow into a radial choroid structure along the surface of the fiber, and the wollastonite will be involved in the internal water of the system. The two kinds of fiber powder will improve the flexibility of the mortar to a certain extent and improve the cracking resistance of the mortar. The addition of palygorskite fibers will reduce the flow degree of the new mortar, the shrinkage and water absorption, and the mechanical properties of the mortar to a different degree, and the silt fiber will increase the mobility, shrinkage and water absorption of the mortar. It is beneficial to improve the flexural strength, which has little effect on the compressive strength. After analysis, the best dosage of palygorskite fiber is 2%~4%, and the wollastonite is 4%. (4) in the brucite and sepiolite fiber modified L-MK mortar, the loosening of the fiber bundle and the decrease of the impurity content can be made by the loosening of the brucite and the sepiolite fiber modified mortar. The addition of the two fibers will reduce the flow degree of the fresh mortar, increase the shrinkage and water absorption of the solidified mortar, and the effect of the sepiolite fiber is more obvious. In addition, the addition of brucite and sepiolite fiber will form a three-dimensional network structure in the inner part of the mortar, which can be effectively borne and consumed. The fracture energy can improve the mechanical properties of the mortar, and the best effect of the brucite and sepiolite fiber is 2% and 6% respectively. (5) based on the geometric model of fiber and crack in the fiber reinforced composites, the quantitative relationship between the microcracks and the fibers in the disorderly distribution of the brucite and sepiolite fiber modified L-MK materials is explored. Under the assumption that the size of the micro crack is certain, the contact probability of the crack to the fiber is proportional to the fiber content, and is inversely proportional to the fiber length diameter ratio. The brucite fiber has a lower relative density and the ratio of the length to the length, which is beneficial to the increase of the contact probability of the micro crack and the fiber under the less volume of the fiber. It can give full play to the effect of fiber reinforcing and toughening under the condition of less fiber content.
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ177;TU578.1

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本文編號：1974346