[01156363]不同温度环境下玄武岩纤维短切丝与水泥基材料界面粘结性能研究及再研发

1.主要研究内容 为了扩大玄武岩纤维短切丝适用的环境范围,本项目拟开展不同温度环境下的玄武岩纤维短切丝与水泥基材料界面粘结性能的研究。开展的主要研究工作包括： （1） 以复合材料的本质着手,基于多种玄武岩纤维短切丝（束）,以玄武岩纤维短切丝（束）的长度、表面涂层、龄期等参数为变量,研究其与水泥基材料在标准环境下的界面粘结性能,并研究各参数对粘结性能的影响规律。并通过微观测试技术研究不同参数情况下玄武岩纤维短切丝与水泥基材料在微观尺度的特征变化,以及不同参数条件下的界面粘结机理及粘结性能的影响机理。 （2）项目课题组在标准环境下玄武岩纤维-水泥基材料的界面黏结性能研究的基础上,进一步选取了具有典型代表性的三种不同浸润剂处理过的玄武岩纤维短切丝进行了高地温和低温环境下纤维与水泥基材料界面粘结性能研究,研究温度对粘结性能的影响规律。 （3）在上述纤维与水泥基材料黏结性能研究基础上,为进一步研究浸润剂类型对纤维混凝土的宏观力学的影响,课题组设计了C30普通型和C60高强型两种配比的混凝土,分别进行常温和低温两种方式养护,设计三种短切玄武岩纤维的体积掺量（0.1%、0.2%和0.3%）,开展混凝土抗压、劈裂抗拉等力学性能试验,研究各因素变量对纤维混凝土宏观力学性能的影响,确定最佳纤维浸润剂类型,以及最佳掺量。 （4）将试验结果和规律反馈给生产厂家,并进行深入技术交流,改进和优化玄武岩纤维短切丝,后续将基于改进和优化开发的玄武岩纤维短切丝进行玄武岩纤维混凝土性能验证试验研究,实现新产品/品种的开发。 2.技术关键 （1）玄武岩纤维短切丝比较柔软,纤维两端浇注混凝土极易导致纤维移位,不易控制。因此研究其与水泥基材之间界面粘结性能需要精心设计试验,成型比较难,可以考虑分层浇注。 （2）基于不同温度的试验环境,涉及到不同环境模拟, 且以直径、长度、长细比、形状、表面涂装材料等为参数,需要研究的工况多,所涉及到的技术手段多,需要深入掌握和研究。 （3）根据界面粘结试验结果,提出合理的建议,并与生产厂家深入沟通,改进和优化玄武岩纤维短切丝,这是作为开发项目很重要的一个步骤,要从技术层面深入沟通和研究。 （4）优化后的玄武岩纤维短切丝,进行玄武岩纤维混凝土验证性试验,注意成型方式,确保纤维分布均匀。 3.创新性 （1）理论创新 本项目通过试验研究和微观测试技术研究玄武岩短切纤维丝与水泥基材料之间界面粘结性能,从界面微观形貌和微观孔结构角度剖析参数对界面性能的影响机理,是本项目理论创新的重要体现。同时在纤维与水泥基材料的界面粘结性能研究的基础上,进一步进行纤维增强混凝土性能改善研究。 （2）应用创新 因地制宜,采用四川本省生产的玄武岩纤维短切丝进行开发研究。鉴于此前掺加玄武岩纤维短切丝配置的玄武岩纤维增强混凝土性能并未达到预期的效果,需要开发的空间还比较大。优化后的玄武岩纤维短切丝,更完美的实现玄武岩纤维复合材料的优质效果, 以期大规模的应用于桥梁工程、隧道工程、铁道工程、公路工程及市政工程中, 属于该领域的应用创新。 （3）技术创新 本项目从复合材料的本质着手,玄武岩纤维短切丝与水泥基材料复合效果的关键问题是界面的粘结性能,本项目精心设计玄武岩纤维短切丝与水泥基材料界面粘结性能的测定试验,基于多参数进行多工况的研究。同时为了扩大材料的应用环境,还设计了低温、标准养护温度、高地温等不同层次的温度环境, 这些都属于本项目的技术创新。 4.经济社会效益 玄武岩纤维是我国“十三五”战略性新兴产业重点产品,是四川省优先发展的先进材料产业之一。按照《四川省玄武岩纤维产业发展指南（2016~2020 年）》,到 2020 年,该省玄武岩纤维产量要达 4 万吨以上,玄武岩纤维及其复合材料总产值达到 100 亿元。尽管发展前景被各方寄予厚望,但玄武岩纤维产品的市场开拓、应用推广多年来一直发展缓慢。纤维做得再好,也必须形成制品,对于玄武岩纤维短切丝,其与水泥基复合效果好,才能实现优良的玄武岩纤维增强混凝土。基于这样的背景,本项目经过 2 年攻关形成的研究成果,可以成为该行业的重要基础产品和应用产品,将大大提升产品的应用价值和经济效益。基于四川省发展战略计划,这一新材料的研究和开发,科研成果将具有很高的转化显示度,项目完成后产品可直接投入生产,投入到铁路工程、桥梁工程、隧道工程、道路工程及市政工程中应用,经济效益十分明显。 作为玄武岩纤维材料的进一步研究开发,联系企业进行生产,促进合作与交流,实现产学研结合,实现成果转化。提高研究成果的国内和国际影响力,并进一步扩大和宣传了新材料和新产品的社会认可度,提高经济效益和社会效益。