聚丙烯纖維砂漿的影響因素及抗凍融性能研究

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1 聚丙烯纖維砂漿的影響因素

聚丙烯纖維砂漿中纖維的主要作用是延緩水泥砂漿基材中裂縫的出現和擴展，當水泥砂漿基材出現裂縫后，纖維在砂漿中通過延伸承受拉力或者抗拉強度達到極限值斷裂或者與水泥砂漿基材脫黏拔出，從而使水泥砂漿的延性、韌性提高，同時材料的抗拉強度提升。均勻分布的纖維與水泥砂漿基材共同形成一個整體，承受外部而來的應力，使得纖維砂漿較原砂漿具有更高的抗拉性和延性，在纖維砂漿出現裂縫后，纖維與水泥砂漿基材的粘結作用與纖維本身的抗拉性能彌補砂漿抗拉強度低、延性韌性差、變形差的缺點[1]。

1.1 砂的細度模數

砂的細度模數越小砂子越細，砂的比表面積相應增大，相應砂表面的吸附水量也相應增大，因此因塑性收縮引起的開裂程度將增大；同時砂細度模數減小，砂表面吸附能力、粘著力而產生的塑性粘聚力將隨之增大，這將減小因塑性收縮引起的開裂程度。

1.2 水泥標號

采用低標號水泥會減少聚丙烯纖維砂漿的塑性收縮開裂，水泥的標號越低，在早期水泥水化消耗的用水量相應越小，進而所產生的早期水化產物越少，減少塑性失水帶來的收縮開裂應力。

1.3 灰砂比

（1）減少砂子的含量，聚丙烯纖維砂漿的泌水性隨之降低，因失水產生的塑性收縮應力相應增加；

（2）增加砂子的含量，水泥含量也相應隨之減少，在塑性階段時，水泥水化消耗的用水量相應減少，因失水產生的塑性收縮應力隨之減少。但砂含量的增加將會砂漿的塑性抗拉強度降低，尤其是砂的含量增大到一定程度時塑性抗拉強度降低尤其明顯[2]。

在兩種作用相互影響下，當塑性失水收縮應力小于塑性抗拉強度的范圍內，適當的提高砂含量可使砂漿的因塑性收縮導致開裂情況降低。

1.4 纖維自身的性質

纖維能否起到關鍵作用在于纖維在砂漿中的分布情況，即纖維是否亂向均勻分布。纖維阻擋微裂縫的發(fā)展，在纖維拉伸或破壞中損失了能量，從而微裂縫難以發(fā)展，起到阻裂抗裂作用。在生產過程中由于采用不同的活性劑處理纖維表面，纖維遇水后能否均勻分散，通過外力在與其他集料拌合時能否被集料均勻包裹是纖維是否起到作用的關鍵之處。纖維在被集料包裹后除纖維本身力學性能以外還存在纖維與集料之間的黏結力，這樣才進一步避免受力時被拔出。各種纖維本身的力學性能不盡一致，其中抗拉強度、纖維均勻度、拉伸極限、抗酸堿腐蝕、抗老化能力等指標比較關鍵[3]。

2 抗凍融性能試驗

2.1 抗凍融性能的測試

按照GB177-85 標準成型養(yǎng)護砂漿試樣。采用先摻法工藝使用砂漿攪拌機拌合砂漿混合料，將固體主料干混攪拌，即將水泥、砂和聚丙烯纖維放入攪拌機內慢速干拌1.5min，再將水、減水劑和聚合物乳液加入，即將水與聚合物乳液10s 內倒入攪拌機混合攪拌，再快速攪拌1.5min，拌制成40mm×40mm×160mm 尺寸的試樣。在20℃，相對濕度95%的標準養(yǎng)護箱中將試樣進行養(yǎng)護24h。脫模后按照GBJ82-85 抗凍融性能試驗標準，將試樣放入全自動凍融儀中試驗。凍融時將試樣放入水中浸泡，每個融循環(huán)時間是3h，凍結后試樣中心溫度為-18℃，融化后試樣中心溫度為9℃。試驗結束后記錄試樣凍融前后抗壓強度與抗折強的變化，從而進一步分析哪種摻量效果最好。

2.2 聚丙烯纖維砂漿抗凍融性能數據和分析

水泥砂漿試樣膠砂比為1:2.5，水灰比仍為0.44，水泥含量為22%。調整聚丙烯纖維和聚合物乳液摻加量制作試樣A0、A1、A2、A3、A4，具體摻量如表2.1 所示。砂漿試樣的聚丙烯纖維摻加量是單位體積砂漿內的聚丙烯纖維質量單位為kg/m3，聚合物乳液的摻加量為聚合物乳液占水泥的質量分數。

表1 聚丙烯纖維和聚合物乳液摻量表

記錄試樣A0-A4 分別經受50 次、100 次、200 次凍融循環(huán)后抗壓強度和抗折強度，可以看出摻加聚丙烯纖維和聚合物乳液對水泥砂漿性能有利，明顯的提高了水泥砂漿的抗凍融性能：

（1）摻入聚丙烯纖維的水泥砂漿，抗凍融情況要比未摻入纖維的砂漿好。其中，未摻入聚丙烯纖維和乳液的水泥砂漿試樣A0經受200 次凍融循環(huán)的抗壓強度低于50 次凍融循環(huán)的抗壓強度，其數值減小了約33%，而試樣A1 和A2 的抗壓強度只減小了約21%和14%；未摻入聚丙烯纖維和乳液的水泥砂漿試樣A0 經受200 次凍融循環(huán)后抗折強度低于經受50 次凍融循環(huán)的抗折強度，其數值減小了約81%，而試樣A1 和A2 的抗折強度下降了約43%和35%。

（2）在已摻入聚丙烯纖維后再摻入乳液的水泥砂漿抗凍融效果更好，適量加入可以顯著提高水泥砂漿的抗凍融性能。其中，未摻入聚丙烯纖維和乳液的水泥砂漿試樣A0 經受200 次凍融循環(huán)后的抗壓強度低于經受50 次凍融循環(huán)的抗壓強度，其數值約減小33%，但摻加聚丙烯纖維和乳液的試樣A3 和A4 的抗壓強度僅減小了約9%與5%；未摻入聚丙烯纖維和乳液的水泥砂漿試樣 A0經受200 次凍融循環(huán)的抗折強度低于經受50 次凍融循環(huán)的抗折強度，其數值減小了約81%，而試樣A3 和A4 的抗折強度只減小了約16%和10%。