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1、第2 6 卷第1 期 2 0 0 5 年2 月 纺织学报 J o u m a lo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 6 N o 1 F e b 2 0 0 5 织物密度对水泥复合材料界面粘结的影响 俞巧珍1 ，熊杰2 ( 1 嘉兴学院服装与艺术设计分院，浙江嘉兴3 1 4 0 0 1 ；2 浙江理工大学材料与纺织学院，浙江杭州3 1 0 0 1 8 ) 摘要通过3 种不同织物密度的尼龙纤维织物的拉出试验和抗折强度试验，研究了它们所增强的水泥复合材料 的界面粘结状况和织物密度对水泥复合材料界面粘结性能的影响，并初步讨论了纱线捻度对织物增强水泥复合材 料
2、界面行为的作用。结果表明：在平纹织物中，织物的密度，对它所增强的水泥复合材料界面行为的影响是双重性 的。以经向密度为8 0 根，1 0c m ，纬向密度为5 0 根，l Oc m 的尼龙纤维织物与水泥基体间的粘结状况最好。 关键词织物密度；水泥基复合材料；界面；粘结强度；纱线捻度 中图分类号：两1 0 1 9 2 3 1文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 5 ) 0 1 0 0 1 7 一0 3 I 曲眦眦eo ff a b r i cd e 璐i t yo nb o n d i n go ft h ef a b r i cr e i n f o r c e
3、 dc e m e n tc o m p 惦i t e s Y UQ i a 0 一z h e n l ，X I O N GJ i e ( 1 腑括如M zc o z 如俨0 ，C f o f 硒曙口趔A n 跳话雄，矗猫i 昭c o f 妇，- ，i 锻i n g ，z k 洳n g3 1 4 0 0 1 ，矾i M ) 2 胁如啪0 ， 如耙砌z 。耐z b t 如，z 坷玩n g 觇r s 蚵o ，S c 诂，l c e 口，l d ，l o 研，舶，皤z b M ，z k 洳昭3 1 0 0 1 8 ，矾i M ) A b s t 聃c tB a s e do nt l l ep u
4、n o u tt e s t so ft h r e e 铀r i c sw i t l ld i f f e r e n tf a 晡cd e n s 畸蚰dm r e e p o i n tb e n d i n gt e s t so ff 曲r i cr e i m o r c e d c e m e n t ，s t u d i e dt l l ei n t e r f 如i a lb o n d i n gc o n d i t i o na n dt l l ei n n u e n c e0 ff 如r i cd e n s i t yo ni n t e d h c i a
5、 lb o n d i n gp m p e r t i e so ff 曲r i cr e i n f o r c e dc e m e n tc o m p o i t e s ，d i s c u s s e dt I I ed r e c t0 ft I I et w i s t0 fy 锄o ni t T h er e s l l l l ss h o wt I I a tl h ei I l n u e n c eo ff a b r i cd e n s i t yo n 出e i n t e 血c i a lb o n d i n gp m p e n i e si sd u
6、a l A m o n g 山e 铀r i c su s e di nt e s t s ，t l l ei n t e 由c eb o n d i n gp m p e n yo fn y l o nf 曲r i cw i 山w a r pd e n s i 哆8 0t h r e a d “1 0c ma n dw e f td e n s i t y5 0t l l r e a d s ，1 0c mr e i n f o r c e dc e m e n tc o m p o s i t e si sr e l a t i v e l yt h eo p t i m a l K e y
7、w o r d sf h 陆cd e n s i t y ；c e m e n tc o m p o s i t e s ；i n t e a c e ；b o n d i n gs 仕e n g 山；y 帅t w i s t 织物作为增强体在水泥基薄板的生产和建筑物 修补及翻新工程中已有一定程度的应用。现代纺织 技术能够非常方便地利用不同的方法生产二维或三 维具有不同纤维组成和组织结构的各类织物。不同 方法生产的织物，其中的纱线交叠的方式不仅影响 织物本身的几何结构，而且也影响单根纱线的几何 结构。已有的研究表明：用织物增强聚合物基体，织 物中的纱线没有保持伸直状态，将降低增强的效 果u -
8、 。因此，在聚合物基复合材料中增强织物尽可 能多地包含伸直的纱线，而与之垂直的纱线则被看 作是非结构性的，其作用仅仅是使轴向纱线在复合 材料中保持相对的位置而已。但在水泥基复合材料 中，水泥基与织物及其单一纱线间交互作用的微观 机理有可能更为复杂，织物及其纱线的几何结构对 粘结有着显著的影响怛J 。然而目前这一方面的研究 主要是基于玻璃纤维及其织物，有关高聚物纤维及 其织物结构对粘结效果的影响报道很少。尼龙纤维 具有低弹性模量、高延性的特点，与水泥基体相容性 好，能经受水泥水化产物的侵蚀而自身不受损，耐久 性优良，价格低廉，粘结性好等优点旧，被较早研究 并已用于水泥混凝土增强，但主要是以短纤维
9、的形 式研究和使用的。本文用3 种密度的尼龙纤维织物 制成织物水泥基复合材料，并借鉴单纤维拉出试验 方法，探讨了织物密度对织物水泥复合材料界面粘 结性能的影响。 1实验部分 1 1 材料 尼龙纤维平纹织物有关性能见表1 。基体材料 由杭州双流水泥厂生产的普通硅酸盐水泥及浙江省 建筑科学设计研究院建筑外加剂开发有限公司生产 的s L l 0 3 早强高效减水剂、标准砂和自来水制得。 1 2 试样制备 使用特制的模具制作如图1 所示的尼龙纤维织 物拉出试验试样。水泥块厚度d 为织物埋人深度。 本试验对3 种密度的尼龙纤维织物制备了厚度分别 基金项目：浙江省教育厅基金资助项目( 2 0 0 3 0
10、7 5 8 ) 作者简介：俞巧珍( 1 9 6 2 一) ，女，讲师，硕士。主要从事织物增强水泥基复合材料的研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【1 8 】纺织学报2 0 0 5 年第1 期 为6 ，8 ，1 0 ，1 2 ，1 4m m 的试样。 泥 图1 织物拉出试样示意图 水泥基体材料的 灰砂比为1 ：1 5 ，水灰 比为0 3 5 ，S L l 0 3 减水 剂掺量为水泥质量的 2 5 。砂浆混合料 的拌和流程为：先拌 和水泥与s L
11、l 0 3 减水剂约1I I l i n ，然后加入标准砂， 再搅拌2m i n ，最后加入自来水，充分搅拌2I I l i n 后注 模，并继续搅拌，按织物拉出试样示意图埋人织物。 随后在( 2 0 3 ) 、相对湿度7 0 下养护2 4h 后拆 模，在( 2 0 3 ) 的水中继续养护7d 后进行拉出试 验。抗折强度试验的试样尺寸为4 0m m 4 0m m 1 6 0m m ，用三点弯曲法测定，跨距为1 0 0m m ，在 ( 2 0 3 ) 的水中养护2 8d 后进行试验。 1 3 实验仪器 用日产的A G 一1 型电子强力仪进行织物拉出试 验，用s A N S 型材料试验机进行三点弯
12、曲试验。 2 结果与讨论 2 1 最大载荷一织物埋入深度关系 图2 是用不同密度的织物增强水泥复合材料的 最大载荷一织物埋人深度关系图。在抽拔过程中， 发现在尼龙纤维织物被拔出的同时，总是伴随着水 泥基体的破裂，在拉出的织物上粘有大量的水泥，并 且当织物埋入深度较大时，水泥块破裂常常发生在 尼龙纤维织物被拉出前。这说明尼龙纤维织物与水 冬 稼 锚 K 嚼 图2 最大载荷一织物埋人深度关系曲线图 泥基体间有很好的粘结性。 从图2 看出，在埋入深度一定的情况下，织物密 度不同，最大拉出载荷也不同。随着尼龙纤维织物 密度的增加，最大拉出载荷也增加，且在低捻的情况 下，加捻使最大拉出载荷上升。织物密度
13、一定，最大 拉出载荷都随着埋入深度的增加而增加。织物埋入 深度增加到织物临界拉出长度后，织物不被拉出，还 是被拉断，拉断所需载荷同样随密度增加而增加，但 不再随埋入深度而变。 把织物从基体中拉出，与纤维或纱线从基体中 拉出有所不同，纤维在拉出过程中，拉出所需载荷主 要是用于克服它与基体间的界面应力，界面应力主 要包括弹性剪切应力和摩擦剪切应力。而织物除克 服界面应力外，拉出所需载荷的大小，在织物经密一 定的条件下，还与织物的纬密大小有关。在织物密 度能保证水泥基体可充分渗透于其中的情况下，纬 密越大，所需拔出载荷也越大。 2 2 载荷一拉出距离关系 图3 ( a ) ，( b ) 分别为未加捻
14、的纱线和加捻的纱 线织成的织物增强水泥复合材料载荷一拉出距离关 系曲线图。从图3 可见，对所有试样，在拉出起始阶 段，织物与水泥间以及水泥基体间均未发生脱粘，载 荷全部用于抵抗粘结剪切应力，此段呈直线，随后曲 线开始弯曲，这是由于水泥基体间及织物与基体间 的某些部位逐渐发生脱粘，出现摩擦剪切应力，载荷 同时抵抗粘结剪切应力和摩擦剪切应力，织物所受 载荷缓缓上升。曲线弯曲的越厉害，表明脱粘越厉 害。在曲线陡降处，往往是由于发生了较大面积的 脱粘，使织物所受载荷暂时突然下降。但由于未完 全脱粘，载荷继续上升，直到最高点后，曲线的突然 下降，表明织物与水泥基体间已完全脱粘，织物才被 逐渐拉出，在此前
15、的拉出距离，主要是由于织物的伸 长，随着埋人深度的减少，摩擦剪切应力随之减少， 载荷下降，导致曲线也下降。 从图3 看出，不同密度的织物，上升和下降的曲 线中有比较明显的不同。1 ) 在经密不变的情况下， 由于纬密的增加使织物中纱线的卷曲程度增加，从 飘 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 5 年第1 期纺织学报【1 9 】 冬 枢 弼 冬 稼 鄢 ( a ) 纱线未加捻 拉出距离( 包括织物本身伸长) m m ( b ) 纱线加捻 图3
16、不同蟹度织物的载荷一拉出距离关系图 而使它们与水泥基体间的锚合作用增加，剪切摩擦 阻力增加，所以随着织物从水泥基体中被拉出，摩擦 阻力下降较快，曲线也较陡。2 ) 随着纬密的增加，最 大拉出载荷也增加。3 ) 在经密不变的情况下，随着 纬密的增加，一方面，织物与水泥基体相接触的纱线 总面积增加，对于同一种材料而言，织物与水泥基体 的粘结力也增加；另一方面，织物内纱线间的空隙减 少，导致水泥基体在织物纱线间的渗透量下降，从而 又降低了水泥基体间的致密性，使水泥基体对织物 的剪切应力下降，不利于织物与基体的粘结。二者 综合的结果，B ，与基体的粘结状况比A ，和c 。都要 好，B ：与基体的粘结状
17、况也比A ：和c ：的好。 2 3 抗折性能 3 种织物密度的织物与水泥基体的界面粘结状 况的好坏，也可从它所增强的水泥砂浆的抗折强度 的高低上得到反映，由表2 可见，织物代码为B 。，即 经向密度为8 0 根1 0c m ，纬向密度为5 0 根1 0c m 的 尼龙纤维织物所增强的水泥砂浆的抗折强度最高， c 。次之，A 。最差。由图4 同样可以看到，代号为B ， 的织物增强的复合材料在弯曲荷载线性增长到第一 峰值点后，陡降的幅度最小，说明它与水泥基体间的 界面粘结状况最好，载荷通过界面较好地传递到了 织物上，而A ，不仅在此点下降幅度较大，此点以后 仍有较大的下降幅度点，说明该织物与水泥基
18、体间 在加载过程中产生脱粘现象。 表2 不同织物密度的织物所增强的水泥沙浆的抗折强度 织物类型抗折强度，M P a 1 0 8 1 2 9 1 1 4 互 枢 锚 斗 皤 图4 尼龙纤维织物增强水泥复合材料载荷一挠度曲线 3 结论 1 ) 织物拉出试验在一定程度上，反映了织物与 水泥基体问的界面粘结状况，但不能仅从最大拉出 载荷一织物埋入深度的关系中得到正确的反映，要 比较准确地判断织物与水泥基体间的粘结状况，必 须综合考虑载荷一拉出距离关系曲线图和它所增强 的水泥砂浆的宏观力学性能，特别是抗折强度的 大小。 2 ) 本实验中，在经密都是8 0 根1 0c m 的条件 下，纬密为5 0 根1
19、0c m 尼龙纤维织物与水泥基体间 的粘结状况最好。 3 ) 在平纹织物中，织物的密度对它所增强的水 泥复合材料界面行为的影响是双重性的。所以，为 了使织物增强的水泥复合材料获得较好的界面行 为，必须选用合适的织物密度。 4 ) 适当地对织成织物的纱线加捻，有利于改善 织物增强水泥复合材料的界面行为，但加捻的程度 究竟多少较好，还有待进一步研究。 参考文献： 1 c Z e w e b e n i n ：cz e w e b e n ，HTH a l l l l ，Tc h o u ( E d s ) ，M e c h 蛐i c a l b e h a v i o r 蛐dp r o p e
20、r t i e so fc o m p o s i t e 呦t e r i a l s D e l a w a r eC o r r l p 0 8 i t e s D e s i 印E n o y c l o p e d i a ，1 9 8 9 ，1 ( 1 ) ，T e c h n o 面c ，I J a n c a s t e r ，3 4 5 12JA l v aP e l e d ，A m o nB e n t u r G e o m e t r i c a lc h 锄c t e r i s t i c sa n de m c i e n c y o ft e x l ef 如i c sf o r i 面r c i n gc e m e n tc o m p o s i t e s J c e m n t d C o n c r e t eR e s e a r c h ，2 0 0 0 ，( 3 0 ) ：7 8 l 一7 9 0 3 马一平，李昊，谈慕华陶瓷一尼龙纤维水泥基复合材料力学 性能研究 J 建筑材料学报，1 9 9 8 ，4 ( 1 ) ：3 0 0 3 0 3 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark