硅烷偶联剂（SCA）KH-550 对混凝土合金纤维进行表面改性

来自 实验室仪器网

《材料》杂志最近发表的一篇文章提出用硅烷偶联剂（SCA）KH-550改性非晶态合金纤维（AAF）表面，以改善其与水泥基质的界面粘结，从而得到超高性能混凝土（UHPC）。

UHPC具有出色的强度、韧性和耐用性，是高速公路和桥梁等关键基础设施项目的理想选择。各种纤维（包括钢、碳、聚丙烯和玄武岩）都是UHPC的重要组成部分，其类型和剂量会显著影响混凝土的性能。然而，每种常用纤维都有特定的局限性。

AAF是一种带状非晶态合金材料，无晶界、位错或滑移面，将其加入混凝土中可增强其机械性能和耐腐蚀性能。然而，AAF的疏水表面导致其与水泥基体的粘结性能较差。

表面改性对于提高混凝土中AAF的界面粘结强度是必不可少的，SCA是一种常用的表面改性剂。尽管SCA改性AAF具有巨大的潜力，但将其加入UHPC的研究却很少。

本研究重点考察了SCAKH-550改性AAF对UHPC机械性能的影响。

使用普通波特兰水泥(OPC)制备不同的混凝土混合物，水胶比为0.18，砂胶比为1.1，硅灰胶凝材料比为0.15。混合物中包含的AAF体积含量分别为0.4%、0.8%和1.2%，使用前使用5%、10%和15%的KH-550溶液对AAF进行改性。

将配制好的混凝土浆体进行流动性检测，然后模制成不同尺寸的试件，养护48小时后，将这些试件放入（20±1）℃的水中放置28天，随后使用微机控制的电子万能试验机检测纤维-水泥基体的粘结性能。

利用扫描电子显微镜（SEM）观察了试样的表面形貌，并用X射线能量色散光谱仪（EDS）分析了试样的表面元素组成，还利用傅里叶变换红外（FTIR）光谱法鉴定了主要的水化产物。

利用激光共聚焦显微镜表征纤维表面粗糙度及三维形貌，采用电化学测试仪评估AAF在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能。

采用全自动抗压抗压试验机测定混凝土试件的抗弯强度，采用电子万能试验机测定其拉伸性能，最后利用扫描电子显微镜（SEM）研究纤维与水泥基体界面的微观结构和结构组成。

结果与讨论

未改性的AAF表面光滑，经KH-550改性后，表面覆盖一层灰色的硅烷膜，且随着KH-550溶液浓度的增加，硅烷膜厚度增加，AAF表面粗糙度增大。

值得注意的是，AAF上较厚的硅烷层增强了其耐腐蚀性，这由3.5%NaCl溶液中的极化曲线证明。此外，与未改性纤维相比，改性AAF的接触角降低了80.3%。

随着SCA浓度的增加，将纤维从水泥基体中拉出所需的力也随之增加。15%SCA溶液使纤维和水泥基体之间的界面粘结强度最高，达到3.29MPa，与未改性AAF相比提高了15%以上。这种增强的粘结性归因于纤维表面的硅烷层提高了纤维活性。

改性AAF还显著改善了UHPC的机械性能，在纤维含量为0.8%时抗压强度达到最大值133.6MPa。

这种改进与改性AAF上的硅烷醇结构与水合硅酸钙（水泥水化产物）中的羟基发生反应有关，形成Si-O-Si键，从而增强了纤维-水泥基质的结合力。然而，抗压强度随着纤维含量的增加而降低，这可能是由于纤维团聚造成的。

另一方面，弯曲强度和拉伸强度在纤维含量为1.2%时达到峰值。在此水平下，含有改性AAF的UHPC的峰值应力比未改性AAF的UHPC高4.3%，比未添加AAF的UHPC高31.3%。因此，SCA改性AAF有效提高了混凝土的抗冲击性。

研究人员有效利用SCAKH-550溶液对AAF进行改性，显著提高了UHPC的机械性能，包括抗弯强度和抗压强度、拉伸性能、耐腐蚀性和抗冲击性。

用15%SCAKH-550改性的AAF可产生优异的UHPC，与水泥基体的界面粘结强度达到最大。改性AAF的UHPC的抗压强度、抗弯强度、抗拉强度和峰值应力分别达到133.6MPa、25.5MPa、8.32MPa和114.26MPa，与未改性AAF的UHPC相比分别提高了2.9%、6.3%、10.9%和4.3%。

混凝土性能的改善归因于改性纤维表面形成的硅烷层，增强了其活性、耐久性以及与水泥基质的界面结合力。

» 仪器设备 购买 咨询