樹脂導(dǎo)光水泥基材料的界面粘結(jié)性能及微觀機(jī)理.pdf

1、樹脂導(dǎo)光水泥基材料（Resin light conductive cementitious materials，RLCCM）是在傳統(tǒng)水泥基材料的基礎(chǔ)上復(fù)合了具有透光性能的樹脂材料形成的具有良好透光效果的先進(jìn)建筑材料。目前，樹脂導(dǎo)光水泥基材料的力學(xué)性能和透光性能已進(jìn)行了初步研究，然而水泥基體與透明樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度弱，受力時(shí)界面處易脫落開裂導(dǎo)致材料整體破壞。因此，本研究采用偶聯(lián)劑來(lái)改善樹脂導(dǎo)光水泥基材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度，并從微觀角度揭示偶聯(lián)劑能

2、夠增強(qiáng)界面性能的作用機(jī)理。
　　采用軸拉試驗(yàn)和斜剪試驗(yàn)測(cè)試了四種偶聯(lián)劑對(duì)樹脂導(dǎo)光水泥基材料界面抗拉粘結(jié)強(qiáng)度和斜剪粘結(jié)強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：樹脂導(dǎo)光水泥基材料中水泥砂漿與透明樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度較低，尤其是早期強(qiáng)度；硅烷偶聯(lián)劑A-151和液體鋁酸酯偶聯(lián)劑都可以大幅提高樹脂導(dǎo)光水泥基材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度，且改性效果相當(dāng)，但硅烷偶聯(lián)劑A-151相對(duì)經(jīng)濟(jì)。
　　采用顯微硬度測(cè)試分析了偶聯(lián)劑對(duì)樹脂導(dǎo)光水泥基材料界面過(guò)渡區(qū)的影響，結(jié)果表明：

3、樹脂導(dǎo)光水泥基材料界面過(guò)渡區(qū)厚度達(dá)到了200μm，過(guò)渡區(qū)內(nèi)透明樹脂顯的微硬度明顯下降；硅烷偶聯(lián)劑A-151和液體鋁酸酯偶聯(lián)劑處理界面后，不僅降低了透明樹脂“性能減弱區(qū)域”的厚度，還提高了過(guò)渡區(qū)內(nèi)透明樹脂的顯微硬度，并且增強(qiáng)了水泥基體表面一定范圍內(nèi)的顯微硬度。
　　采用環(huán)境掃描電子顯微鏡（ESEM）和原子力顯微鏡（AFM）觀測(cè)了偶聯(lián)劑對(duì)樹脂導(dǎo)光水泥基材料界面微觀形貌的影響，結(jié)果表明：硅烷偶聯(lián)劑A-151對(duì)水泥基體具有強(qiáng)親和性，作用后

4、在表面形成了緊密結(jié)合的細(xì)小顆粒，這些顆粒填補(bǔ)在微小空隙中，降低了基體表面粗糙度，使表面致密平滑，硅烷偶聯(lián)劑A-151對(duì)透明樹脂也有較好的親和性；液體鋁酸酯偶聯(lián)劑對(duì)水泥基體有較好的親和性，使基體表面變得相對(duì)平整，對(duì)透明樹脂則有很強(qiáng)的親和性；偶聯(lián)劑處理界面后，使水泥基體與透明樹脂結(jié)合緊密、過(guò)渡自然，增加了界面的有效接觸面積，提高了樹脂導(dǎo)光水泥基材料的界面粘結(jié)性能。
　　采用傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）分析了偶聯(lián)劑與水泥基體和透明樹

5、脂間的化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果表明：硅烷偶聯(lián)劑A-151與水化硅酸鈣CSH發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，與透明樹脂沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；液體鋁酸酯偶聯(lián)劑不僅與水化硅酸鈣CSH發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，還與透明樹脂發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。界面處化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)鍵，大幅提高了界面間的結(jié)合力。
　　綜上所述，偶聯(lián)劑中的親無(wú)機(jī)基團(tuán)與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)，使界面間產(chǎn)生了強(qiáng)結(jié)合力的化學(xué)作用，還增強(qiáng)了一定范圍內(nèi)水泥基體的顯微硬度，使水泥基體表面變得平整光滑，增加了與透明樹脂的有效接觸面積；親

6、有機(jī)基團(tuán)與透明樹脂相作用，緊密結(jié)合，使界面過(guò)渡區(qū)內(nèi)透明樹脂“性能減弱區(qū)域”的厚度降低，性能增強(qiáng)。因此，硅烷偶聯(lián)劑A-151與液體鋁酸酯偶聯(lián)劑大幅提高了樹脂導(dǎo)光水泥基材料的界面粘接性能。
　　本研究來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《樹脂導(dǎo)光水泥基材料的界面特性及模擬服役環(huán)境中劣化機(jī)理研究》（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：51562024）以及江西省科技廳科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目《新型導(dǎo)光混凝土的制備、性能及微觀機(jī)理的研究》（項(xiàng)目編號(hào)：20133BBE50027）。