论文中文题名: | 高掺量再生玻璃纤维增强水泥基复合材料的制备及性能研究 |
姓名: | |
学号: | 20211025011 |
保密级别: | 保密(1年后开放) |
论文语种: | chi |
学科代码: | 080502 |
学科名称: | 工学 - 材料科学与工程 - 材料学 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工学硕士 |
学位年度: | 2023 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 再生资源循环利用 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2023-06-19 |
论文答辩日期: | 2023-06-06 |
论文外文题名: | Preparation and Performance Investigation on High-Content Recycled Glass Fiber Reinforced Cement-Based Composite Materials |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | High admixture ; Regenerative glass fiber ; Mechanical property ; durability |
论文中文摘要: |
随着国家可持续发展战略政策越来越完善,国家对固废处置的管理越来越严格,如何尽快解决废弃玻璃纤维复合材料处置难题,加快回收利用,关键在于再生玻璃纤维高值化综合利用。而将废弃玻璃纤维复合材料回收再利用技术与建筑行业大量使用的水泥基复合材料相结合是非常理想的研究方向。为了解决高掺量纤维混凝土性能下降的问题,更好的消纳再生玻璃纤维,本文先通过热处理对再生玻璃纤维进行结构调控,将废弃玻璃纤维中部分无定形态及结晶度差的活性SiO2转变为相对稳定的多元环状结构,再将其应用到水泥基复合材料中,在保证材料抗压强度和流动性满足施工要求的基础上增强材料的耐久性,以指导实际工程建筑应用。本论文旨在研究高掺量再生玻璃纤维增强水泥基复合材料的抗渗性能和抗冻性能,同时研究高掺量再生玻璃纤维对水泥基复合材料抗压强度和耐磨度的影响。具体结论如下: 再生玻璃纤维经过热处理后尺寸收缩,表面的有机物及其他杂质在高温下也逐渐分解在纤维表面并均匀附着。与原始纤维进行对比,再生玻璃纤维中无定形态及结晶度差的活性SiO2转变为相对稳定的多元环状结构。600 ℃处理后相较于500 ℃和700 ℃热处理的再生玻璃纤维增强混凝土,其抗压强度为最大值,说明在600 ℃煅烧处理再生玻璃纤维,其改性效果最优,增强混凝土效果最佳。 (2) 通过研究高掺量再生玻璃纤维对混凝土抗渗性的影响,得出再生玻璃纤维可以降低混凝土内部的孔隙直径和吸水率,减缓水分的渗透,提高抗渗性能。高掺量下再生玻璃纤维混凝土孔隙率最高下降24.1 %,吸水率最高下降27.9 %。随着纤维掺量增加,混凝土试块渗水高度持续降低,抗渗性能持续提升,最大掺量提升效果高达76.3 %。 (3) 冻融循环300次试验结果发现,相比普通混凝土,得到高掺量再生玻璃纤维混凝土质量损失率均低于5 %,动弹性模量损失均低于40 %,说明高掺量的纤维减缓了混凝土破坏剥落的速率,当纤维掺量高达14 kg/m3以上时,质量和动弹性模量基本没有损失,抗冻性能大幅度提升,抗冻等级从普通混凝土的F100提升至F300以上。 (4) 通过对高掺量纤维混凝土进行力学强度测试,结果发现高掺量纤维混凝土的抗压强度均比普通混凝土高,掺量为17 kg/m3时增长21 %,掺量为20 kg/m3时增长为17 %,抗压强度随掺量增加呈现下降的趋势。而磨槽深度逐渐下降,耐磨度逐渐提升,最大掺量时增强幅度为10 %,耐磨度随掺量增加稳步提升,没有呈现下降的趋势。实现高掺量纤维影响混凝土力学强度的规律性转折点后移。 |
论文外文摘要: |
With the increasingly sound national sustainable development policies and stricter management of solid waste disposal, it is crucial to promote the high-value utilization of recycled glass fiber for solving the disposal problem of waste glass fiber-reinforced composites and accelerating their recycling. Combining the recycling technology of waste glass fiber-reinforced composites with cementitious composites extensively used in the construction industry is an ideal research direction. To address the issue of decreased performance of high-volume fiber concrete and better utilize recycled glass fiber, this paper firstly conducted a structural regulation of recycled glass fiber through heat treatment, transforming some active SiO2 with unstable amorphous form and poor crystallinity in waste glass fibers into relatively stable multi-ring structures. The treated glass fibers were then applied to cementitious composites to enhance the durability of materials while ensuring the compressive strength and fluidity of the materials to met the construction requirements, guiding practical engineering and construction applications. The aim of this study is to investigate the water resistance and frost resistance of high-volume recycled glass fiber-reinforced cementitious composites, as well as the effects of high-volume recycled glass fiber on the compressive strength and wear resistance of cementitious composites. The specific conclusions are as follows: (1) The size of the regenerated glass fibers shrank significantly after heat treatment, and organic matter and other impurities on the fiber surface were gradually decomposed and uniformly attached at high temperatures. According to various characterizations, the structure of the fiber changed under calcination. Compared with the original glass fiber, the content of active SiO2 in the calcined fiber decreased, and new chain-like structures were generated. The compressive strength of the cement-based composite reinforced with regenerated glass fibers treated at 600 ℃ was measured to be the highest compared with those treated under 500 ℃ and 700 ℃. This indicates that the modification effect of regenerated glass fibers treated at 600 ℃ was optimal, and the reinforcement effect on concrete was the best. (2) By studying the effect of high content of recycled glass fiber on the impermeability of concrete, it was found that the addition of recycled glass fiber can reduce the pore size and water absorption rate inside concrete, slow down the penetration of water, and improve the impermeability. With high content, the porosity of recycled glass fiber reinforced concrete decreased by up to 24.1 %, and the water absorption rate decreased by up to 27.9 %. With the increase of fiber content, the water penetration height of concrete specimens continued to decrease, and the impermeability performance continued to improve, with a maximum improvement effect of up to 76.3 %. (3) Results of 300 cycles of freeze-thaw test showed that the mass loss rate and dynamic modulus loss of high content recycled glass fiber reinforced concrete were both less than 5 % and 40 % respectively, compared to ordinary concrete. This indicates that the high content of fibers can slow down the rate of damage and spalling of concrete. When the fiber content was above 14 kg/m3, the quality and dynamic modulus had almost no loss, and the frost resistance performance was greatly improved, with the frost resistance grade increased from F100 of ordinary concrete to F300 or higher. (4) Through the mechanical strength test of high content fiber concrete, it was found that the compressive strength of high content fiber concrete was higher than that of ordinary concrete, with an increase of 21 % when the content was 17 kg/m3 and an increase of 17 % when the content was 20 kg/m3, showing a decreasing trend. However, the grinding depth gradually decreased and the wear resistance gradually improved, with a maximum enhancement of 10 % at the maximum content, and the wear resistance steadily improved without showing a decreasing trend. The inflection point of the regularity of the influence of high content fibers on the mechanical strength of concrete was shifted backwards. |
参考文献: |
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中图分类号: | TU528.581 |
开放日期: | 2024-06-19 |