严寒地区聚丙烯纤维砂浆应用于陶粒混凝土墙体抗裂的性能研究

1、严寒地区聚丙烯纤维砂浆应用于陶粒混凝土墙体抗裂的性能研究2011年第3期3月混凝土与水泥制品CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCTS2011No3March严寒地区聚丙烯纤维砂浆应用于陶粒混凝土墙体抗裂的性能研究吕春,刘杰(1.齐齐哈尔大学建筑与土木工程学院,161006;2.齐齐哈尔大学轻工与纺织学院,161006)摘要:针对严寒地区陶粒混凝土砌块墙体极易产生裂缝的现状,在墙体饰面砂浆中掺加聚丙烯纤维以改善砂浆的抗裂性能.试验研究了聚丙烯纤维长度及掺量对陶粒混凝土砌块墙体饰面砂浆的抗压,抗折,抗裂性能的影响.结果表明,聚丙烯纤维的最佳长度为15mm,最佳掺量为0.15%0

2、.20%.关键词:聚丙烯纤维;陶粒混凝土;砂浆;墙体裂缝;施工Abstract:Forthestatusofceramicconcreteblockwallcausingcrackseasilyincoldareas,thecrackresistanceofmortarcanbeimprovedbyaddingthepolypropylenefiberinthewallfacingmortar.Theeffectsofthelengthanddosageofpolypropylenefiberoncompressivestrength,flexuralstrengthandcrackresis

3、tanceoffacingmortarinceramicconcreteblockwallareresearchedbyexperiment.Theresultsshowthattheoptimumlengthofpolypropylenefiberis15mm,andtheoptimumdosageis0.15%0.20%.Keywords:Polypropylenefiber;Ceramicconcrete;Mortar;Wallcracks;Construction中图分类号:TU528.572文献标识码:A文章编号:10004637(2011)0340040前言北方严寒地区冬季寒冷而漫

4、长.陶粒混凝土砌块具有优越的保温性能及可靠的强度指标,因而被广泛应用于严寒地区建筑物的外围护墙和填充墙.但陶粒混凝土砌块容易产生墙体裂缝,从而影响使用效果,陶粒混凝土砌块外墙体饰面砂浆层出现裂缝是北方严寒地区普遍存在的现象.本文研究了聚丙烯纤维掺入饰面水泥砂浆后对砂浆的改善性能,提出了聚丙烯纤维的适宜长度和掺量,并在齐齐哈尔某公寓楼工程中进行了具体的施工和对比测试.1陶粒混凝土墙体饰面产生裂缝原因陶粒混凝土空心砌块以陶粒为粗骨料,以陶砂加其它工业废料为细骨料,以水泥为胶凝材料,经机械搅拌,机械成型,自然养护而成.陶粒混凝土砌块具有混凝土的脆性,部分陶粒混凝土砌块在上墙前就有非贯通的微裂缝,这些

5、微裂缝在某些外界因素的作用下,就可能形成大的裂缝.干缩是陶粒混凝土砌块的重要特,征【",干缩值一般为0.40mm/m,经过28d养护后,其收缩完成值约为60%,尚有40%需在施工现场完成.因此,陶粒混凝土砌块上墙后就难免会引起墙体裂缝,从而造成墙体饰面砂浆层的开裂.其次,用于陶粒混凝土空心砌块和砌筑砂浆中的水泥,石灰,砂石等材料来源很广,性能不够40稳定,也会影响砌块和砌筑砂浆的质量.工程实践证明,陶粒混凝土砌块干缩是陶粒混凝土砌块墙体饰面砂浆层出现裂缝的主因.另外,由于齐齐哈尔地处北方严寒地区,冬夏及昼夜温差大,温差应力引起的裂缝也是墙体饰面砂浆层产生裂缝的重要因素.2试验方法2.

6、1原材料的选用水泥采用P?O42.5R级普通硅酸盐水泥;细集料采用天然中砂,细度模数为2.22.6,含泥量小于l%;水采用自来水;砂浆中掺加的聚丙烯纤维是经过添加功能母料改性并经特殊表面处理而成的单丝状纤维,具有分散性好,亲水性强,与水泥基体的握裹力强等特点,其直径为0.015mm,密度为0.90-0.91g/cm,抗拉强度>460MPa,弹性模量3500MPa.2.2试件制作及性能测试抗压及抗折试件分别采用两种配合比进行配制.MIO水泥砂浆的配合比为水泥:砂子:水=345kg:1630kg:175kg;M5水泥砂浆的配合比为水泥:砂子:水=210kg:1630kg:105kg.

7、聚丙烯纤维按相同体积掺量的不同长度及相同长度的不同体积掺量分别进行试验.砂浆立方体抗压试件每3块为一组,试件尺寸为70.7mm70.7mmx70.7mm.砂浆抗折强度试件每3块为一组,采用40mmx40mmxl60mm吕春,刘杰严寒地区聚丙烯纤维砂浆应用于陶粒混凝土墙体抗裂的性能研究的棱柱形试件.试件制作后在(205)下停置一昼夜(242)h,然后对试件进行编号并拆模1.试件拆模后在标准养护条件下继续养护至28d,然后进行抗压及抗折强度测试.抗干缩开裂性能测试所用原材料的配合比为水泥:砂:水=l:1.5:0.5,按纤维掺量从低到高分别按标准试验方法制作试件并进行试验.3试验结果与分析3.1聚丙

8、烯纤维长度对砂浆抗压,抗折强度的影响选用聚丙烯纤维掺量为0.15%的M5及Ml0砂浆试块,纤维长度从225mm,共5组.试件强度测试结果见表1.表1聚丙烯纤维长度对抗压,抗折强度的影响从表1可见,相同聚丙烯纤维掺量时,长度对砂浆性能的影响较明显.掺不同长度聚丙烯纤维的各组砂浆抗压强度及抗折强度均呈现先上升后下降的趋势.对比不同长度聚丙烯纤维砂浆可见,掺15mm长聚丙烯纤维砂浆的抗压强度和抗折强度均为最高;掺25ram长聚丙烯纤维砂浆抗压强度最低,抗折强度也有所降低.在掺量相同的情况下,聚丙烯纤维长度越长与水泥基体间的粘结强度越大,对砂浆的改性效果越好;但聚丙烯纤维太长时,砂浆单位体积的纤维根数

9、就会减少,同时,搅拌过程中,纤维太长也容易缠结成团,进一步降低了纤维在砂浆中的分散性l,致使一部分纤维不能发挥应有的作用,降低了纤维的利用率和改善砂浆性能的效果.所以,聚丙烯纤维过长时,砂浆的抗压强度及抗折强度均有所下降.通过测试数据分析并综合考虑砂浆的强度和韧性两方面因素,确定掺入长度为15mm左右的聚丙烯纤维时,砂浆的性能最优.3.2聚丙烯纤维掺量对砂浆抗压,抗折强度的影响选用掺加长度为l5lnl聚丙烯纤维的M5及Ml0砂浆试块,掺量从00_3%(体积掺量)共7组进行抗压及抗折强度的测试,结果见表2.由表2可看出,掺人聚丙烯纤维后,砂浆的抗折强度明显提高.从表2还可发现,随着聚丙烯纤维掺量

10、的增加,砂浆的稠度有所下降;同时,纤维的掺加量与砂浆的和易性呈反比关系,即:随着纤维掺量的增加,砂浆的和易性呈下降趋势.掺加聚丙烯纤维后,砂浆的韧性得到了提高I,但聚丙烯纤维掺量过高时,砂浆的和易性会变差,对抗折强度的提高亦有限.通过测试数据可以看出,聚丙烯纤维的掺量以0.15%为宜.表2的数据还表明,与普通水泥砂浆相比,不同掺量的聚丙烯纤维均会使砂浆的抗压强度有所降低,且聚丙烯纤维掺量越大,抗压强度的降低就越明显.这是因为聚丙烯纤维的弹性模量较低,难以在砂浆基体中承担较大的应力,同时,聚丙烯纤维的加入会导致砂浆内的空隙率增大,水泥基体间的粘结力下降,这些必然会使砂浆的抗压强度有所降低.与普通

11、水泥砂浆相比,聚丙烯纤维砂浆的抗折强度随着纤维掺量的增加先升后降,总体来说抗折强度提高很大,这说明在水泥砂浆中加入聚丙烯纤维,可显着地改善砂浆的韧性;但是,随着聚丙烯纤维掺量的增加,砂浆抗折强度增长的效果并不特别明显,也是因为聚丙烯纤维掺量过大容易结成团状,分散性差所造成的.表2聚丙烯纤维掺量列'抗压,抗折强度的影响3.3聚丙烯纤维掺量对砂浆抗干缩开裂性能的影响测试裂缝宽度的权重值见表3,开裂指数为试件裂缝长度与权重值的乘积,抗开裂性能比以未掺加聚丙烯纤维的基准砂浆的开裂指数平均值与聚丙烯纤维砂浆的开裂指数平均值之差除以基准砂浆的开裂指数平均值的百分数表示.每次测试试件对应权重值的裂缝

12、宽度,裂缝长度,开裂指数,抗开表3权重值列表裂缝宽度/mm权重值d33>d22>dl1>d0.5d<O.532l0.50-25412011年第3期混凝土与水泥制品总第179期裂性能比见表4.由表4可见,未掺加聚丙烯纤维的基准砂浆裂缝较多且宽度较大,而加入聚丙烯纤维的砂浆,较宽裂缝的减少很快,当掺加量达到0.15%时,大于3mm的裂缝基本不出现,但继续增加纤维掺量对砂浆的裂缝影响不大.聚丙烯纤维具有控制水泥基体内部微裂缝的生成及发展的能力,掺入砂浆后,其乱向分布形式有助于削弱砂浆干缩时的应力,收缩的能量被分散到每m中上千万条具有高抗拉强度且

13、弹性模量相对较低的聚丙烯纤维单丝上,极为有效地增强了砂浆的韧性,抑制了微细裂缝的产生和发展.同时,聚表4聚丙烯纤维对砂浆抗干缩开裂性能的影响丙烯纤维形成的乱向撑托体系可以有效阻碍骨料的离析,保证砂浆早期均匀泌水,从而阻碍沉降裂纹的形成17.所以,聚丙烯纤维的掺入有助于提高砂浆的抗裂性能.砂浆表面裂缝的有效减少,也使得聚丙烯纤维砂浆的抗渗性能和抗冻性能得到极大的改善81.陶粒混凝土砌块墙体砂浆面层收缩龟裂现象不仅严重影响建筑物的外观质量,且极易造成外墙面的渗漏,冻融的影响还会造成墙体面层的脱落.聚丙烯纤维砂浆优良的抗裂性能,使得既便墙体内部陶粒混凝土砌块产生微裂缝,墙体表面也会因为聚丙烯纤维的致

14、密网状乱向分布而阻挡微裂纹扩展成较大裂纹,有效达到抵抗饰面裂缝及抗渗,防水,防冻的目的.聚丙烯纤维的抗裂,抗渗,抗冲击,抗冻,抗磨,提高韧性的功能,有效减弱了陶粒混凝土砌块墙体由于自身特性而产生的饰面裂缝.对聚丙烯纤维砂浆塑性收缩开裂情况测试结果的分析表明,掺人聚丙烯纤维可以显着改善砂浆的抗干缩开裂性能.与不掺纤维的基准砂浆试件相比,掺人0.15%0.20%的聚丙烯纤维,可使砂浆的干缩开裂减少60%以上.掺入聚丙烯纤维可以改善陶粒混凝土墙体砂浆面层易产生裂缝的缺陷,并同时满足陶粒混凝土墙体对抗渗,防冻的要求.4聚丙烯纤维抗裂砂浆的工程应用齐齐哈尔某公寓楼工程采取了在砂浆中加人聚丙烯纤维的方法,

15、来改善陶粒混凝土砌块墙体饰面砂浆性能,具体施工情况如下.4.1投料顺序一42一在搅拌机中加入部分砂和水泥,再掺入聚丙烯纤维,并保证其均匀分散在搅拌机中,然后加入剩余的砂和水泥,最后加水搅拌.搅拌时间以聚丙烯纤维能在砂浆中均匀分散为准,通常搅拌时间比不掺纤维时延长30-60s.4.2聚丙烯纤维抗裂砂浆的配制保持基准砂浆原配比不变,仅需按配比掺人聚丙烯纤维;对搅拌设备和工艺也无特别要求,为使聚丙烯纤维分散均匀,需使用强制式搅拌机,并适当延长搅拌时间.施工时可根据砂的粒径适当调整纤维掺量,如使用粗砂和中粗砂,可适当减小纤维掺量;若使用细砂或特细砂,则适当增加掺量.尽量选用细而柔软的聚丙烯高强纤维,这

16、样的纤维在抹面时不会露头,过粗过硬的纤维容易在砂浆表面露头,不利于后续工序的进行.4-3聚丙烯纤维抗裂砂浆的应用情况选取该公寓楼5层同一居室内4块陶粒混凝土砌块墙体面层(每块墙体面层的面积约lOm)进行试验性施工.施工前将墙面灰尘,污垢等清除干净,并洒水湿润.剔平凸出墙面的部位,凹洼部位用1:3水泥砂浆找平.为控制砌块墙面抹灰层产生裂缝,使墙体有一个干缩稳定的过程,墙面抹灰在墙体施工完成15d后进行.砌块墙面与混凝土墙,梁,柱交接处抹灰前挂钢丝网并用射钉固定,钢丝网延至混凝土墙,梁,柱150ram.墙体与梁交接处采用聚氨酯发泡胶填充密实.1号砌块墙体采用普通水泥砂浆饰面;2号砌块墙体采用掺加2

17、mm聚丙烯纤维砂浆饰面,3号砌块墙体采用掺加15mm聚丙烯纤维砂吕春,刘杰严寒地区聚丙烯纤维砂浆应用于陶粒混凝土墙体抗裂的性能研究浆饰面,2号和3号墙体砂浆中聚丙烯纤维的掺量均为0.15%;4号砌块墙体采用15mm聚丙烯纤维,掺量为0.30%.墙体基层处理完成后采用相同的施工工艺进行抹灰,按一般抹灰工艺抹3遍,继而进行测试.测试结果显示,聚丙烯纤维对砂浆的早期抗裂性能提高明显,掺加量为0.15%,长度为15mrn的聚丙烯纤维水泥砂浆效果最佳.5结论在北方严寒地区,陶粒混凝土砌块墙体饰面砂浆中掺加长度为15mm,掺加量为0.15%0.20%的聚丙烯纤维,能明显抑制因陶粒混凝土砌块塑性收缩和温度变

18、化引起的墙体裂缝并有效控制裂缝的扩展,减少裂缝的数量和宽度.同时,掺入聚丙烯纤维的可增强饰面砂浆的韧性,显着提高抗变形能力,抗冲击性和抗疲劳性,并进而提高砂浆的抗渗及抗冻性能.参考文献:1姜元阁,等.陶粒混凝土空心砌块墙体裂缝分析与防治.低温建筑技术,2001(1):6768.2国家标准局.GB/T78972008钢丝网水泥用砂浆力学性能试验方法抗折强度试验S.北京:中国标准出版社,2008:1.【3中华人民共和国国家发展和改革委员会.JC/T9512005水泥砂浆抗裂性能试验方法sJ.北京:建材工业出版社,2O05:23.马银华,等.基于砂浆收缩抗裂性能的混凝土纤维选型研究lJ1.混凝土,2

19、008(2):105.5】钱春香,等.聚丙烯纤维提高水泥砂浆抗塑性开裂的机理【J.东南大学(自然科学版),2005,35(5):786787.6KraaiPP.Aproposedtestodeterminethecrackingpotentialduetodryingshrinkageofconcrete【儿ConcreteConstruction,1985,22(9):775778.【7】李光伟.聚丙烯纤维对昆凝土抗裂性能的影响J】.水电站设计,2002,18(2):981O0.8陈容辉,等.低掺量聚丙烯纤维混凝土(砂浆)中的阻裂作用【J.建材产品与应用,2000(5):2627.收稿日期:20101214作者简介:吕春(1966一),男,高级工程师