混凝土单丝拔出实验的扫描电镜观察

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1、万方数据：!塑些Q：!!SclenceandTechOologyInnovationHerald研究报告碳纤维混凝土单丝拔出实验的扫描电镜观察吴菁1文斌2(1．海军工程大学理学院力学系湖北武汉430033；2．中铁七局集团武汉工程有限公司湖北武汉430070)摘要：结合蕞纤维混麓土单丝拔出实验应用扫描电境观测了爱纤维与混曩土基体界面赴的不同破坏形式。蛄果表明：在单丝拉拔过程中，随着界面应变的增大．试样出现纤堆拔出．纤维断裂和界面脱粘的情况。这为爰纤堆混曩土界面破坏的盘值模拟分析提供了锒据．对旗纤维混翼土界面拈接性能有了涿入理解。关键词：磕纤堆混爱土界面扫描电镜中图分类

2、号：TU528：TB332文献标识码：A文章编号：l674-098X(2009)06(e)．-0006-02碳纤维水泥基复合材料是一种由多种不同物理，化学性质的以微观和宏观的形式复合而组成的多相复合材料。碳纤维水泥基复合材料中碳纤维与水泥基体接触构成的界面是一层具有一定厚度、结构随水泥基体和碳纤维而异的，与水泥基体有明显差别的新相一一界面相(界面层)⋯，它是碳纤维和基体相连接的。纽带”，也是应力及其他信息传递的桥梁。因此，深入研究界面的形成过程、界面层性质、界面粘合，应力传递行为对材料宏观力学性能的影响规律，从而有效进行控制，是获取高性能复合材料的关键。对此本文利用扫

3、描电子显微镜进行观测，结合单丝拔出实验这一表征碳纤维水泥基复合材料界面性能的试验方法，力求为碳纤维混凝土界面破坏更为精表1碳纤维长丝的技术参数商径抗扣强艘弹r}_模量伸长率电阻率(”z)((胡口)(G尸口)(％)(Q·cm)6．54．02401．425’lo，5表2425#硅酸盐水泥的性能密度细度抗压强度抗折强度／g‘cm／唧／MPa3．010．08]21．3(7天)145．3(28灭)4．2(7灭)6．7(28灭)图2加载前后对比图圈3纤维拔出6科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald圈1试样示意图确的数值模拟分析提供实验

4、依据。1碳纤维单丝拉拔实验1．1实验材料及其性能原料：PAN基碳纤维长丝(其技术参数如表1)1425#硅酸盐水泥(其技术参数如表2)，碳黑·碱水剂，表面处理剂(浓度为65％的硝酸、浓度为30％的双氧水)。1．2单丝碳纤维水泥基复合材科试样制作工艺(1)在光学显微镜下，从碳纤维束中分出碳纤维单丝，用蒸馏水冲洗干净放置于l107C的烘箱内烘干待用。(2)将做好的2ramx8ramxlOmm的模具牯贴于一个中部开口的硬纸板一端，再将碳纤维的一端牯干硬纸板的另一端，(3)取适量水泥，其中掺加1％的少量碳黑．以增强样品的导电性从而便于SEM观测。将搅拌均匀的碳黑水泥倒入模具中，

5、把单根碳纤维丝的另外一端埋入水泥浆中，埋入长度L约为2ram～4ram，ld后脱模，再将试样放于相对湿度92％，温度20'13的养护箱中养护28d，试样如图l所示．1．3实验方法将试样两端分别夹紧于精密拉伸台上，在试样两端与夹头接触的地方用绝缘材料隔离开，以防止漏电。试样夹好后，在不影响碳纤维丝的情况下沿中部开口处剪断硬纸板，并连同夹有试样的精密拉伸台安装于扫描电镜中，然后预加载荷使试样刚好开始受力。万方数据研究报告离EVR能2009NO1eScienceendTechnoloByInnove丽鬲甬丽图4界面脱粘图5纤维断裂059141924283338434T525

6、761657l7680平均线废嗖t(10-i)田6拉力与平均线应变的关系将拉伸台推入扫描电镜腔内，开始抽真空，完成抽真空后，进行物理和几何对中，打开扫描电镜开始观测。选择适当的放大倍数，找到碳纤维丝插入水泥基复合材料部位，如图l所示的B点，观测未开始加载前此处初始样貌。完成初步观测和准备后，开始逐级加载并观测水泥基复合材料裂纹尖端的裂纹扩展现象。考虑到单根碳纤维拔出时的破坏特征，加载采用位移控制，加载速率为o．033ram／rain。2结果讨论2．1碳纤维拉拔过程观测通过用扫描电镜观测大量样品的加载过程发现碳纤维的拉拔过程分为：完全弹性约束、局部(B点)脱粘，完全脱牯

7、(拔出或拔断)三个阶段。拉伸初期将完全的碳纤维拉直，使其达到完全弹性约束状态，接着可以观测到图2所示的B点处的碳黑水泥出现明显地松动，当纤维在轴向受拉时，将会在径向产生收缩，造成界面处空洞逐渐产生。在载荷的作用下，基体裂纹的扩展伴随着材料内部的纤维拔出、纤维断裂及界面脱粘等情况的发生。图3，图4，图5分别为三种情况下拉伸前后sEM观测对比图。2．2碳纤维拉拔过程观测采集实验数据，画出碳纤维水泥基复合材料试样的荷载～位移曲线图，如图6。从拉力与平均线应变的曲线关系可以看到，曲线分为线性变化阶段、回落阶段和滑移阶段。在线性阶段过程中，随着拉力不断增大，其