樹脂導(dǎo)光水泥基材料的界面粘結(jié)性能及微觀機理.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行了初步研究，然而水泥基體與透明樹脂的粘結(jié)強度弱，受力時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)劑來改善樹脂導(dǎo)光水泥基材料的界面粘結(jié)強度，并從微觀角度揭示偶聯(lián)劑能

2、夠增強界面性能的作用機理。
　　采用軸拉試驗和斜剪試驗測試了四種偶聯(lián)劑對樹脂導(dǎo)光水泥基材料界面抗拉粘結(jié)強度和斜剪粘結(jié)強度的影響，試驗結(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)強度較低，尤其是早期強度；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)強度，且改性效果相當(dāng)，但硅烷偶聯(lián)劑A-151相對經(jīng)濟。
　　采用顯微硬度測試分析了偶聯(lián)劑對樹脂導(dǎo)光水泥基材料界面過渡區(qū)的影響，結(jié)果表明：

3、樹脂導(dǎo)光水泥基材料界面過渡區(qū)厚度達到了200μm，過渡區(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，還提高了過渡區(qū)內(nèi)透明樹脂的顯微硬度，并且增強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）觀測了偶聯(lián)劑對樹脂導(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對水泥基體具有強親和性，作用后

4、在表面形成了緊密結(jié)合的細小顆粒，這些顆粒填補在微小空隙中，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對透明樹脂也有較好的親和性；液體鋁酸酯偶聯(lián)劑對水泥基體有較好的親和性，使基體表面變得相對平整，對透明樹脂則有很強的親和性；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)劑中的親無機基團與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)，使界面間產(chǎn)生了強結(jié)合力的化學(xué)作用，還增強了一定范圍內(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、有機基團與透明樹脂相作用，緊密結(jié)合，使界面過渡區(qū)內(nèi)透明樹脂“性能減弱區(qū)域”的厚度降低，性能增強。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。
　　本研究來源于國家自然科學(xué)基金項目《樹脂導(dǎo)光水泥基材料的界面特性及模擬服役環(huán)境中劣化機理研究》（項目批準(zhǔn)號：51562024）以及江西省科技廳科技支撐計劃項目《新型導(dǎo)光混凝土的制備、性能及微觀機理的研究》（項目編號：20133BBE50027）。