PMMA光纤直径对透光水泥基复合材料性能的影响

作者：乔师帅; 王元; 贾朝阳; 蒋一昌; 魏剑^*

来源：材料导报, 2021, 35(18): 18059-18068.

• 水泥基复合材料
• 透光性能
• 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光纤
• 力学性能

透光水泥基复合材料是一种集承载、采光和装饰功能于一体的绿色建筑材料,可以作为建筑围护结构应用于墙面和地面空间。虽然光纤直径对透光水泥基复合材料的力学和透光性能影响显著,但目前光纤直径与透光水泥复合材料性能之间的关系仍缺乏系统研究。本工作中采用直径为0.25～1.00 mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光纤,系统研究了其直径对透光水泥基复合材料力学性能、透光性能以及孔隙率的影响规律。结果表明:压力载荷方向垂直于光纤轴向时,透光水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度在光纤直径为0.25 mm时分别达到了27.22 MPa和5.43 MPa,较水泥基体分别提高了9.76%和18.56%;压力载荷方向平行于光纤轴向时,透光水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度在光纤直径为0.25 mm时分别达到了30.33 MPa和2.37 MPa,较水泥基体分别提高了22.30%和降低了48.25%。光纤/水泥基体界面有效阻碍了断裂时裂纹的扩展,提高了水泥基复合材料的强度,并且光纤直径越小,其对水泥的增强效果越显著。光纤掺入后水泥基复合材料变为各向异性材料,施加载荷的方向对其抗折强度影响显著,当载荷方向垂直于光纤轴向时,光纤的掺入对水泥基复合材料主要起到增韧增强的作用,提高了水泥基复合材料的抗折强度;当载荷方向平行于光纤轴向时,界面有效促进裂纹产生,抗折强度减小。透光水泥基复合材料的透光率在波长为400～800 nm时均小于理论值(1.0%),光线在PMMA光纤中传输时的固有损耗和界面散射,是影响复合材料透光率的重要原因。

• 单位
  西安建筑科技大学