聚丙烯纖維對砂漿性能的影響

摘要:  本文研究了低摻量聚丙烯纖維(重量摻量為0119 %) 對普通砂漿的抗折、抗壓、抗?jié)B、收縮率的影響;探討和分析了纖維的加入對普通水泥砂漿的影響。試驗證明,在普通的水泥砂漿中加入一定量的纖維能顯著提高砂漿的抗裂抗?jié)B,降低砂漿收縮率,提高抗壓抗折強度等。

關(guān)鍵詞:聚丙烯纖維 砂漿 抗折 抗?jié)B 界面效果

1  前言

    目前,隨著新型墻體材料的推廣應(yīng)用,砂漿的抗?jié)B抗裂性能倍受人們的關(guān)注。在改性砂漿方面,普遍采用砂漿防水外加劑來提高其防滲漏的性能。聚丙烯等微纖維在國內(nèi)外都有廣泛的應(yīng)用。無論在高性能混凝土方面,還是在地下室混凝土尤其是墻面的抹灰砂漿方面,均因摻加了這種微纖維而獲得抗裂抗?jié)B、增加水泥基材料的韌性和提高抗裂性能的良好效果。究其原因,主要是這種短而細(xì)的纖維能充分分散在水泥拌合物中。當(dāng)混凝土或砂漿固化時,那些大量的、各向分散而又具有高韌性的、與水泥牢固結(jié)合的微纖維,消弱和抑制了水泥早期變形和干縮應(yīng)力,讓其在固化過程中不易形成應(yīng)力集中, 從而減少明顯的裂縫。這樣就提高了水泥的品質(zhì), 起到抗裂抗?jié)B的作用。

2  實驗部分

2.1  原材料

水泥為廣州珠江水泥有限公司生產(chǎn)的粵秀牌42.5 硅酸鹽水泥,其化學(xué)成份及力學(xué)性能列表1 、2 ; 細(xì)集料采用中砂;聚丙烯纖維,物理性能列表3 ;水。

表1  粵秀牌42.5 硅酸鹽水泥的化學(xué)成份/ %

游離氧化鈣

鋁酸三鈣

鐵鋁酸四鈣

氧化鎂

三氧化硫

堿含量

 

0.21

5.35

14.17

1.78

2.61

0.48

 

表2  粵秀牌4215 硅酸鹽水泥的物理性能

比表面積

/ m2·kg

標(biāo)準(zhǔn)稠度

用水量/ %

3 天抗壓

強度/ MPa

3 天抗折

強度/ MPa

28 天抗壓

強度/ MPa

 

28 天抗折

強度/ MPa

 

378

24.0

38.2

6.5

62.9

9.2

表3

2.2  試驗配比

    本試驗研究了普通砂漿和摻纖維砂漿兩種對比試件的抗壓、抗折、抗?jié)B、收縮性能的變化。具體配比見表4 。

                                   表4  砂漿的配比(重量份)

 

水泥

纖維

空白試樣

1

3

0.55

0

受檢試樣

1

3

0.55

0.0019

 

2.3  試驗方法

    抗壓、抗折試驗按GB177 - 85“水泥膠砂強度試驗方法”進行,抗?jié)B試驗按JC474 - 98“砂漿、混凝土防水劑”中防水砂漿透水壓力比進行, 收縮率按J GJ 70 - 90“建筑砂漿試驗方法”中的試驗方法。

3  結(jié)果與討論

3.1  測試結(jié)果

測試結(jié)果見表5~6 。

表5  試樣抗壓、抗折強度

 

抗壓強度/ MPa

抗折強度/ MPa

齡期/ d

7

28

45

7

28

45

空白試樣

25.6

38.1

39.5

5.3

7.9

8.1

受檢試樣

23.8

43.3

46.6

6.1

8.2

9.2

 

表6  試樣抗?jié)B性及干燥收縮率

指標(biāo)

透水壓力/ MPa

收縮率/ MPa

齡期/ d

7

28

45

7

28

45

空白試樣

0.3

0.5

 

0.018

0.155

 

受檢試樣

0.1

0.8

 

0.013

0.099

 

  由表5 可知,兩種配比的7d、28d、45d 抗壓強度比分別為93 %、114 %、118 % ,抗折強度比分別為115 %、104 %、113 %。除7d 抗壓強度外,摻加纖維后砂漿的抗壓、抗折強度都有不同程度的提高。由表6 可知,加入纖維的砂漿收縮率在各齡期都比空白試樣的收縮率小,而且隨著齡期的增長摻聚丙烯纖維的抗收縮性能就更加明顯。同時,透水壓力也隨著齡期的增長而增長。

3.2  聚丙烯纖維對砂漿性能影響機理

    綜上所述,在普通砂漿中加入聚丙烯纖維,砂漿的各性能隨著齡期的增長有不同程度的增長,透水壓力的提高尤為顯著。究其原因在于纖維的阻裂效應(yīng)。眾所周知,在水泥水化過程中,會有以下幾個方面的原因引起收縮變形。①化學(xué)收縮。水泥水化后,固相體積增加,但水泥- 水體系的絕對體積則在減小。有研究表明,100g水泥與33g水拌成的水泥漿體,硬化后體積收縮約7%~9%[1 ] 。②干燥收縮。主要由于毛細(xì)管壓力造成。毛細(xì)管孔隙在水泥基材料干燥的過程中逐漸失水,毛細(xì)管變形,產(chǎn)生很大的毛細(xì)管張力,使材料產(chǎn)生收縮。③溫度收縮。溫度收縮一般都是由水泥水化熱引起,一般發(fā)生在溫度上升結(jié)束、開始下降的時候。另外,還有塑性收縮、自收縮、本身的脆性等。由于水泥基材料自身的收縮,引起材料內(nèi)部存在許多不同尺度的微裂紋。加入纖維后,在結(jié)構(gòu)形成的過程中纖維在水泥基材料內(nèi)部形成一個三維交錯的網(wǎng)絡(luò)體系。雖然纖維的加入使砂漿的流動度有所減小,但由于微纖維分散在砂漿中使砂漿的觸變性增加。在大面積墻面施工時,砂漿不易與墻面剝離,提高了砂漿的施工性。由于聚丙烯纖維的直徑很細(xì),纖維間距小,因此具有明顯的阻裂效應(yīng),有效抑制砂漿中裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展。需要指出的是:由于聚丙烯纖維的彈性模量只有砂漿的50 %左右,根據(jù)復(fù)合材料理論,與不摻纖維的普通砂漿比,聚丙烯纖維砂漿的強度將有所降低[2 ],而抗折強度卻有所提高。原因在于砂漿內(nèi)部的微裂縫對抗折強度影響遠(yuǎn)大于對抗壓強度的影響。由于收縮造成砂漿內(nèi)部存在微裂紋,在結(jié)構(gòu)形成的過程中聚丙烯纖維阻止了這些裂縫的引發(fā),從而減少了裂縫源的數(shù)量,并使裂縫尺度變小,降低了裂縫尖端應(yīng)力集中程度,而且在受力過程中纖維的存在又抑制了裂縫的引發(fā)與擴展。從表6的結(jié)果中也可以發(fā)現(xiàn),在28d前,摻有聚丙烯纖維的砂漿抗壓強度及透水壓力均低于對應(yīng)組的空白樣的試驗結(jié)果;28d后由于無纖維砂漿的收縮率增大,微缺陷不斷的增加,使其強度及透水壓力的增加速度逐漸放慢。然而,對于摻有纖維的砂漿,由于聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng),減少了微裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展的機率,砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)得以保持完整性,使得砂漿的各種性能伴隨著水化進程逐漸提高。

4  結(jié) 論

(1) 在普通砂漿中摻加聚丙烯纖維可以明顯提高砂漿的抗?jié)B性、減小砂漿的干燥收縮率;抗折強度有一定程度的提高;28d 前抗壓強度有所下降,隨著齡期的增加,抗壓強度有所回升。

(2) 目前外墻的滲漏是許多工程難以解決的技術(shù)難題,其中的外墻批蕩砂漿出現(xiàn)空鼓及開裂、抗?jié)B性能差等原因,是外墻滲漏的主要原因。當(dāng)在砂漿中加入纖維,情況則大大改觀,不僅砂漿與墻體的粘結(jié)性能良好,而且墻體的整體抗?jié)B抗漏效果也很好。在施工操作上,制作纖維砂漿時無需特殊工藝,只需比一般的砂漿多攪拌1~2min 即可,纖維和易性好, 能充分分散,且耐酸耐堿??傊?,聚丙烯纖維優(yōu)良的品質(zhì),可以成為解決外墻抗?jié)B漏的優(yōu)良輔助材料。

參考文獻

1  吳中偉,廉惠珍. 高性能混凝土. 北京:中國鐵道出版社,1999

2  Wu Yao , Keru Wu. Study of mechanical properties on poypropylene fiber reinforced concrete. Proceedings of the 3rdAsia symposium on polymers in concrete , Tong ji University Press , Shanghai China 2000 :293~298 EFFECT OF POLYPROPYPLENE FIBER ON

 

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