2.2玄武岩纤维的分散性能

利用图像处理软件Image Pro Plus统计了玄武岩纤维在水泥石中的分布,计算每组样品的纤维分布系数β,结果如图6所示。已知β越接近于1,分散性越好。随着纤维加量的增加, BF和MBF的纤维分布系数均逐渐降低。但与BF相比,MBF的纤维分布系数下降趋势缓慢。当纤维加量在0.5%(质量分数)时, BF和MBF纤维分布系数分别为 0.80和0.82;纤维加量在2.5%时,BF和MBF纤维分布系数分别为0.25和0.46,因此MBF的纤维分布系数相比BF提高了84%。综合以上数据可以看出,对玄武岩纤维的改性能够显著提高其在水泥中的分散性。

2.3 玄武岩纤维水泥石的力学性能

(1).水泥石抗压和抗折强度

图7为不同加量的玄武岩纤维水泥石的抗压强度。结果表明,随着纤维加量增加,水泥石强度先增加后降低,这是因为纤维的增强作用要基于其在水泥基体中的良好分散。当纤维加量合适时,其在水泥浆中分散效果好,有更多的纤维参与到水泥石的强度发展中;加量超过一定量时,纤维的分散效果变差,对水泥石强度发展不利。可以看出,MBF可实现良好分散的加量为2%,而BF可实现良好分散的加量为1%,说明纤维表面改性有助于纤维分散性能的提升。此外,在相同加量下,MBF水泥石强度也高于 BF水泥石强度。在加量为2%时, MBF水泥石抗压强度最高,为39.5Mpa,BF水泥石抗压强度为31.2Mpa,MBF水泥石较BF水泥石提高了26.6%,较纤维加量0%的水泥石提高40.1%。

图8为玄武岩纤维加量对水泥石抗折强度的影响。从图8可以看出, BF和MBF对水泥石抗折强度的影响趋势与抗压强度类似,抗折强度与纤维加量之间也具有先增加后降低的趋势。在相同加量下,MBF相比BF水泥石具有更高的抗折强度。在加量为2%时,MBF水泥石抗折强度最高,为8.5Mpa, BF水泥石抗折强度为7.0Mpa, MBF水泥石较BF水泥石提高了21.4%,较纤维加量0%的水泥石提高37.1%。综合分析, MBF 比BF具有更好的分散性,在水泥中具有更高的实现良好分散的可掺入量,对水泥石力学性能提升幅度也更大。

(2).纤维和水泥石的黏结强度

通过单丝拔出试验,获得了BF和MBF在水泥石中的载荷-位移曲线,结果如图9所示。在载荷的作用下,玄武岩纤维发生弹性形变,位移随载荷呈现线性递增的趋势。当载荷达到最大值后,纤维与水泥基体脱黏,载荷急剧滑落,随后纤维逐渐从水泥基体中滑出。对比BF和MBF载荷-位移曲线可知,MBF的脱黏载荷大于BF的脱黏载荷。BF与水泥石的最大黏结强度为2.31Mpa,而MBF与水泥石的最大黏结强度为3.13Mpa, 相对于未改性玄武岩纤维提高了35.5%,说明玄武岩纤维改性后增大了纤维界面的活性和粗糙度,改善了玄武岩纤维的黏结性能,有利于进一步提高水泥石力学性能。

2.4 玄武岩纤维水泥石的微观形貌分析

改性前后的玄武岩纤维在水泥石中的微观形貌如图10所示。对比BF和MBF可以看出, BF表面非常光滑,与水泥基体的契合程度较低。而MBF表面粗糙,与水泥基体的契合更加紧密,这有利于降低水泥石中的孔隙度,使水泥石结构相对更加致密,有利于增强水泥石的力学性能。

3. 结论

本研究采用涂层法对BF表面进行改性, 提高了纤维在水泥中的分散性,从而提高了水泥石的力学性能以聚甲基丙烯酸、偶联剂KH-570和十六烷基三甲基氯化铵制备了一种亲水型阳离子涂覆剂,并成功涂覆到BF表面。结果表明: (1).对BF表面改性, 由于引入了亲水基团和N⁺(CH₃)₃基团,提高了玄武岩纤维在水泥中的分散性。采用图像法评估了BF在水泥石中的分散性,MBF的分布系数相比改性前提高了84%,具有更好的分散性; (2).由于MBF在水泥中分散性的提高,使其在水泥中具有更高的实现良好分散的可掺入量,使更多的纤维参与水泥内应力的分散。同时,改性纤维的表面粗糙度增大,与水泥水化产物结合更紧密,从而增强了水泥石的力学性能。