超高强硅酸盐材料的性能研究(2)

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2.6.1试样的抗折强度测试 16

2.6.2试样的抗压强度测试 17

2.7本实验的工艺流程图 18

3.超高强度硅酸盐材料力学性能结果、分析18

3.1成型工艺18

3.1.1振动成型19

3.1.2压制成型19

3.2振动成型下试样的力学性能 19

3.2.1白刚玉的影响 19

3.2.2粗、细陶粒的影响 20

3.2.3钢纤维长、短的影响21

3.2.4骨料粗陶粒与石英砂的影响21

3.2.5钢纤维掺量的影响23

3.3压制成型下试样的力学性能28

4结论28

致谢31

参考文献32

1绪论

1.1本课题研究背景及意义

迈入21世纪，世界各国的军事实力都得到了很大程度的发展，世界总体的军事力量相比于上个世纪有了质的进步，这其中很大一部分得益于新型防护材料的发展，众所周知，军事斗争中，人员、设备、财产的损失程度取决于依赖于防护材料是否能够满足战略防御功能。所以，当前各国都不遗余力地加速本国新型防护材料的开发与研究。无论是装甲防护材料还是工程防护材料，都面临先进的反装甲武器和精确制导武器等的威胁，所以，研究与开发在高强度冲击下使用的新型超高强硅酸盐材料是当前研究的热点之一。

超高强硅酸盐材料在军事方面可以归属于工程材料方面，它的主体是钢筋混凝土材料，但是随着军事材料研究的深入，近年在军事防护中出现了几种新型的水泥基复合高强度材料，比如硅酸盐高强度混凝土、钢纤维高强度混凝土和磷酸盐水泥基混凝土等。作为一种新型的水泥基混凝土材料，超高强度硅酸盐材料有着超高强度、抗冲击、优异的耐久性等优越性能。这些硅酸盐基复合材料具备良好的力学性能来满足防护工程的性能需求，并且具备了陶瓷基防护材料所不具备的一些优异性能，在防护工程领域有很大的研究价值。虽然超高强硅酸盐材料有着一定的优异性能，但是其较高的密度和抗压抗折强度的瓶颈，使得对于超高强度硅酸盐材料的研究断断续续，但是，随着理论、技术、设备的进步，国内外许多学者都投入了相当大的人力、物力用于它的研发和应用研究。有研究机构研发出了抗压强度高达200MPa和800MPa两个强度级别的超高强度活性粉末混凝土，研究范围十分广泛，从原材料的组成、掺量到成型养护制度都有所涉及，研究成果十分显著。

国内的超高强混凝土的研究与发展从九十年代开始，经过多年的发展，目前已经研发出力学性能优异且制备技术较为成熟的钢纤维高强混凝土。清华大学的覃维祖采用了水泥、硅灰及粉煤灰组成的三元胶凝材料体系对钢纤维高强混凝土展开试验研究，采取一定养护制度，制备出的钢纤维高强混凝土抗折强度达到50MPa，抗压强度为230MPa。东南大学对钢纤维高强混凝土材料的组成结构进行了改良，磨细石英砂被天然细集料所代替，掺加3%的钢纤维，水灰比低至0.14，在200℃、1.7MPa的养护条件下制备出强度较高的钢纤维高强混凝土，其抗折强度达到54MPa，抗压强度为213MPa。湖南大学的何峰等人改进试件养护制度，对比研究了常温养护（20℃）、热养护(90℃)、高温养护(200℃)三种养护条件下以及热养护后试件的干养护（室温下室内静置）和湿养护（室温下水中静置）两种处理方法对钢纤维高强混凝土性能的影响作用。在200℃的高温养护条件下制备得到抗压强度高达298MPa的钢纤维高强混凝土。

超高强硅酸盐混凝土断裂力学的研究工作也取得了很大的进展，断裂力学方面研究人员研究了加载方式，加载速度、原材料、养护时间和养护方式等因素对混凝土断裂韧度KIC或者断裂能Gf的影响。在钢纤维高强混凝土的断裂能研究方面，目前国内主要采取三点弯曲梁法测钢纤维高强混凝土的断裂能，试验结果表明钢纤维的掺入极大提高了高强混凝土的断裂能、延性指数等。断裂能可提高4-11倍，达到20000 J/m2以上，远大于普通混凝土的300 J/m2左右；延性指数可提高2-3倍。