聚合物纖維砂漿在工程中的應用

達文艷

摘要：砂漿是土木建筑工程重要的材料。作為水泥基材料，其固有的特點是抗壓不抗拉，導致在工程應用中產生一系列的問題，如容易收縮開裂等。本文通過理論分析，提出評價砂漿粘結力大小的指標，即砂漿的抗壓強度。從材料、施工的角度提出了解決問題的辦法：摻加纖維對砂漿進行合理的改性，提高粘結力，減少收縮，防止收縮開裂。通過試驗數據，證明了纖維對砂漿抗壓強度的影響。

關鍵詞：砂漿; 纖維; 抗壓強度; 粘結力

1 前言

近百年來，水泥基材料發展趨勢是不斷提高強度，但單一性高強化也存在一些明顯的不足：材料延性、水化熱、非荷載裂縫、材料耐久性等問題。在這些問題的解決過程中，產生了水泥基材料技術的飛躍。60年代，美國發明了聚合物浸漬混凝上，前蘇聯開發了鋼絲網水泥，中國則用玻璃纖維增強水泥。

在砂漿中摻加纖維以改善其性能的方法，在各國建筑業中早有應用，其中聚合物砂漿應用最廣泛。聚合物加入砂漿可以使其性能得到改善，同時又能提高普通砂漿的強度、粘結性、耐候性，降低其脆性，因而聚合物水泥砂漿的應用前景較好。

2 原材料

水泥：P.O 42.5R普通硅酸鹽水泥，其80μm負壓篩余量為0.1%;細砂：過5mm篩，細度模數是1.64，堆積密度1.35g/cm;纖維：采用聚丙烯纖維（生產規模滿足實際施工需要）。該纖維在使用過程中不需要改變砂漿的配合比設計，通常用量為每立方米加入0.9kg。

3 聚合物纖維砂漿配合比設計

4 測試結果

在試驗的過程中發現，纖維的摻入使砂漿的流動度、保水性有所改善，同時摻入纖維有效地改變了砂漿破壞形態，未加纖維的砂漿試件破壞呈崩裂狀，試塊側面通常都有一到兩條大的通縫，而且裂縫均是豎向發展的，破壞后通縫處及試塊的棱角處的砂漿出現大量的剝落。摻加纖維后砂漿破壞較為緩和，破壞后只有零星的碎粒掉下，試塊也沒有大的裂縫產生，更沒有看到通縫，破壞后試件裂而不散，呈現出良好的整體性。砂漿抗壓強度的測試結果見表3。

5 結果分析

剛剛澆筑的砂漿因為含水率較大，表面水分大量蒸發，因而產生表皮收縮，但受到內層的限制而使表層引起拉應力，故其表層極易產生大量不規則的無固定取向的裂縫，即塑性收縮裂縫。若在砂漿中摻加適量細纖維，形成均勻分布的三維網絡，則可承受因基材收縮而引起的內應力，從而抑制基材中微裂縫的生成與發展。

5.1 在塑性砂漿中的阻裂機理

水泥砂漿中水分蒸發時，表層材料形成凹液面，其上表面張力的垂直分量對管壁形成拉應力，材料處于塑性階段。若失水收縮產生的拉應力大于塑性抗拉強度，材料表層出現開裂現象。摻入纖維后，纖維在砂漿中呈三維亂向分布，對集料起支撐作用，阻止集料沉降，有效抑制砂漿離析，使水分遷移困難，減小失水收縮形成的張力。纖維與水泥基間的界面粘結力、機械嚙合力增加了材料抵抗開裂的塑性抗拉強度，從而使表層開裂狀況減輕，以至消失。

5.2 在硬化砂漿中的阻裂機理

當砂漿中一旦有裂縫產生，裂縫的前端與纖維相交，使得引起裂縫的拉應力得以削弱或消除，使裂縫的發展得到有效抑制，寬度較大的裂縫大量減少，達到了抗裂的目的。

6 結論

由試驗結果知，當纖維摻量為0.05%時，其抗壓強度較基準砂漿提高了17.2%;當體積摻量從0.05%增加到0.10%時，抗壓強度提高5.1%;當纖維體積摻量從0.10%增加到0.15%時，其抗壓強度反而呈現下降趨勢，下降10.6%;繼續增加纖維摻量，當摻量達到0.20%時，強度稍有回升，但仍低于體積摻量為0.10%時的抗壓強度值，分析以上變化規律得出：當纖維長度相同時，隨摻量的增加，砂漿抗壓強度提高，但摻量達到一定值后（體積摻量為0.10%），再增加摻量其抗壓強度呈現下降趨勢。其原因在于：隨摻量的增加，其分散性降低，有部分纖維會在砂漿中成團結坨，形成薄弱區，所以并非摻量越大越好。

由此可知，纖維的最佳摻量為0.10%，其對應的砂漿抗壓強度為最大抗壓強度。

在纖維體積摻量為0.10%，長度為10mm時，砂漿抗壓強度比同齡期（28d）基準砂漿抗壓強度提高了23%;長度為16mm時，砂漿抗壓強度比同齡期（28d）基準砂漿抗壓強度僅提高了12.5%，這說明增加纖維長度砂漿抗壓強度下降，分析原因：增大纖維長度可提高纖維與水泥砂漿基體的粘結力，但纖維長度超過一定值后，會影響拌合物均勻性，從而影響粘結力，使砂漿抗壓強度下降。因此，在工程的實際應用中應合理選擇纖維的長度。

7 聚合物纖維砂漿在工程中的應用

在我國，建筑外墻的滲、漏、裂問題已日益引起人們的關注，抹灰層空鼓、裂縫也較為嚴重。聚合物纖維可有效提高砂漿的抗裂能力。實驗表明，聚合物纖維摻量為0.9kg/m3 的砂漿其塑性裂紋比未摻纖維的砂漿減少80%以上。當外墻抹灰厚度為2.5cm ，每1 m2外墻抹灰因采用聚合物纖維所增加的成本不超過2元。聚合物纖維增強砂漿特別適用空心砌塊、輕質磚、加氣混凝土等輕質墻體材料的外墻抹灰，可以有效提高外墻抗裂能力。

參考文獻：

[1] 陳容輝、宋敦清.低摻量聚丙烯纖維在混凝土中（砂漿）中的阻裂作用[J].建材產品與應用，2005（5），26—27