聚合物纤维对水泥砂浆性能的影响

1、聚合物纤维对水泥砂浆性能的影响提要 研究了几种纤维的不同掺量对水泥砂浆的力学性能的影响, 试验结果表明在砂浆稠度基本不变的情况下，加入纤维后砂浆分层度有所下降，但是随着纤维掺量的增加，分层度基本无变化；砂浆的湿容重随着纤维掺量的增加变化不大;在砂浆中加入有机纤维后，砂浆的28d折压比均有一定程度的提高，这说明在砂浆中加入有机纤维后，可以改善砂浆的韧性，但是折压比随砂浆掺量的变化规律并不是很明显;在砂浆中加入这几种有机纤维后，砂浆的不渗水性提高率是随着纤维掺量的增加逐渐增大的，也即砂浆的抗渗性是随着有机纤维掺量的增大逐渐提高的;随着有机纤维掺量的增加，砂浆的28d干缩值逐渐下降。关键词 纤维 ；

2、 绸度 ； 分散性； 折压比 ；不渗水性； 干缩值Influence of Polymerize Fiber on mechanical properties of mortar/Yang xiaoyan (Guizhou University Guiyang 550002)Abstract:Studied the influence of different quantities of fibers on mechanical properties of mortar,the test results Surfaced the Layered degrees decline with fib

3、er0.引言砂浆同混凝土一样是脆性材料，其抗拉强度比抗压强度小得多，容易塑性开裂、韧性差。任何能使砂浆具有较高的抗拉强度所做的努力都具有重要的意义。现今为了改善砂浆抗裂性采用比较广泛的措施是加入短切有机纤维。纤维可以改善砂浆的抗冲击强度、限制裂缝的发展，当水泥浆体开裂后，纤维继续发展强度作用，使砂浆应变容量增大，在要求高抗拉强度和减少开裂的地方尤其显示出巨大的优越性。当短切纤维加入到水泥拌合物中，砂浆固化时，那些大量的、各向分散而又具有高韧性的与水泥牢固结合的微纤维，削弱和抑制了水泥早期变形和干缩应力，让其在固化过程中不易形成应力集中，从而减少明显的裂缝。 有机合成纤维对砂浆的增强效果主要取决

4、于：纤维的含量、纤维的几何参数（包括纤维直径、长度及长径比等）、纤维与砂浆体界面的特征（粘结强度、界面结构等）、纤维的分布（包括分布的距离和分布的方向等）。纤维与水泥是否相容以及分散性是否好，这些都决定着纤维对砂浆性能的改善效果。试验过程中主要选用了市场上常见几种有机纤维：杜拉纤维（聚丙烯）（19mm）、成都华神集团的聚丙烯纤维（8mm，14mm）、四川维尼纶厂的维纶纤维（聚乙烯醇）（12mm）、重庆合成纤维厂尼龙纤维（19mm），下面将通过试验研究这几种纤维对砂浆基本性能的影响并且确定出几种纤维的最佳掺量范围，并对几种纤维对砂浆的改性效果进行比较。砂浆的制备方法：先将纤维和水泥、砂一起干拌均

5、匀后才加水拌合制成水泥砂浆。1. 纤维种类对砂浆基本性能的影响表1 加了杜拉纤维的砂浆原材料组成及和易性Tab.1 Raw and processed materials of mortar with Dura fiber编号 灰砂比 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 1-9 1-101:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5纤维质量掺量 稠度 分层度 湿容重（%） （cm） （cm） （kg/m3）0 0.03 0.05 0.08 0.10 0.12 0.15 0.20 0.25 0.3

6、56.2 6.1 6.3 6.0 6.1 6.6 6.2 6.0 6.1 6.52.0 2.0 1.8 1.6 1.7 1.8 1.7 1.7 1.6 1.82013 2078 2078 2078 2143 2078 2078 2078 2078 2143纤维在砂浆 中的分散性分散良好 无成团现象注：纤维质量均为相对于水泥质量的百分比。表2 杜拉纤维掺量对砂浆力学性能的影响Tab.2 Influence of quantity of Dura fiber on mechanical properties of mortar 编号 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8

7、1-9 1-10抗折强度(MPa) 7d 3.27 3.73 3.70 3.70 3.70 3.65 3.80 4.24 4.18 3.7728d 5.08 5.45 5.71 5.95 5.90 6.30 6.33 6.00 5.95 5.00抗压强度(MPa) 7d 7.20 6.90 6.25 6.12 7.20 7.40 7.50 8.48 9.09 8.0228d 13.80 14.30 13.60 14.30 14.00 15.00 14.60 16.80 16.10 13.20相对折压比（%） 抗拉强度 28d干缩值(MPa) (mm/m) 7d 28d 100120 131 1

8、33 113 113 118 111 102 104100 103 114 114 114 114 116 103 100 1032.73 2.74 2.76 3.02 3.09 3.09 3.28 3.36 3.78 3.931.200 0.971 0.801 0.784 0.797 0.722 0.742 0.663 0.650 0.625表3 加了华神聚丙烯纤维（14mm）的砂浆原材料组成及和易性 Tab3 Raw and processed materials of mortar with Huashen PP fiber(14mm) 编号 灰砂比 2-1 2-2 2-3 2-4 2-

9、51:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5纤维质量掺量 稠度 分层度 湿容重（%） （cm） （cm） （kg/m3）0 0.03 0.05 0.08 0.106.3 6.2 6.6 5.9 6.3纤维在砂浆中 的分散性2.2 2.2 2.2 1.8 1.7 2013 1953 2078 2143 2078分散良好无明显成团现象2-6 2-7 2-8 2-9 2-101:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 0.12 0.15 0.20 0.25 0.35 6.7 6.4 6.6 6.3 6.2 1.8 1.7 1.7 1.6 1.6 2013 2143 2

10、144 2143 2134表4 华神聚丙烯纤维（14mm）掺量对砂浆力学性能的影响Tab4 Influence of quantity of Huashen PP fiber on mechanical properties of mortar 编号 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 2-9 2-10抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 相对折压比（%） 抗拉强度 28d干缩值(MPa) (mm/m) 7d 28d 7d 28d 7d 28d 3.603.67 3.74 3.98 3.62 3.72 3.31 3.65 3.47 3.215.63 5.93 6.

11、25 6.00 5.30 5.90 5.60 5.50 5.37 5.057.60 7.70 7.80 8.20 7.70 7.80 7.35 7.90 7.90 7.6016.80 17.60 16.00 16.80 15.00 13.60 15.15 15.10 12.20 12.33100 102 102 104 100 102 96 98 94 89100 100 115 106 103 126 109 106 129 1212.72 2.98 2.76 2.94 3.16 3.16 3.16 3.49 3.19 3.101.156 1.078 1.002 0.938 0.941 0.

12、927 0.914 0.898 0.884 0.872表5 加了华神聚丙烯纤维（8mm）的砂浆原材料组成及和易性 Tab5 Raw and processed materials of mortar with Huashen PP fiber(8mm) 编号 灰砂比 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-101:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5纤维质量掺量 稠度 分层度 湿容重（%） （cm） （cm） （kg/m3）0 0.03 0.05 0.08 0.10 0.12 0.

13、15 0.20 0.25 0.356.0 6.0 6.2 6.3 6.6 6.0 6.1 6.7 6.7 6.22.0 1.8 1.7 1.7 1.8 1.5 1.7 1.7 1.6 1.52013 2078 2143 2078 2143 2078 2143 2143 2143 2078纤维在砂浆 中的分散性分散良好，无 明显成团现象表6 华神聚丙烯纤维（8mm）掺量对砂浆力学性能的影响Tab6 Influence of quantity of Huashen PP fiber on mechanical properties of mortar 编号 3-1 3-2 3-3 3-4抗折强度(

14、MPa) 抗压强度(MPa) 相对折压比（%） 抗拉强度 28d干缩值(MPa) (mm/m) 7d 28d 7d 28d 7d 28d 3.603.66 3.78 3.815.50 5.44 5.17 5.177.36 6.92 6.80 7.4414.10 13.30 12.60 12.20100 108 114 104 100 105 105 108 2.71 2.74 3.06 3.23 1.172 0.939 0.876 0.8703-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3.80 3.89 3.90 4.29 3.87 3.80 5.40 5.52 5.90 5.73 6.

15、03 4.80 8.00 8.00 8.10 9.60 8.08 7.60 12.90 13.10 13.20 13.00 13.70 12.00 98 100 98 92 98 102 108 108 115 113 113 103 3.25 3.39 3.20 3.37 3.78 3.00 0.852 0.841 0.840 0.749 0.747 0.730表7 加了维纶的砂浆原材料组成及和易性Tab7 Raw and processed materials of mortar with PVA fiber编号 灰砂比 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-

16、9 4-101:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5纤维质量掺量 稠度 分层度 湿容重 纤维在砂浆（%） （cm） （cm） （kg/m3） 中的分散性0 0.03 0.05 0.08 0.10 0.12 0.15 0.20 0.25 0.356.0 6.4 6.2 6.3 6.2 6.0 5.8 6.9 6.0 6.02.1 2.0 2.0 1.8 1.8 1.7 1.6 2.0 1.7 1.72113 2178 2108 2078 2143 2078 2108 2143 2143 2143在砂浆中 成团严重表8

17、维纶纤维掺量对砂浆力学性能的影响Tab8 Influence of quantity of PVA fiber on mechanical properties of mortar编号 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 相对折压比（%） 抗拉强度 28d干缩值(MPa) (mm/m) 7d 28d 7d 28d 7d 28d 3.283.28 3.30 3.26 3.29 3.55 3.50 3.65 3.25 3.434.90 5.00 5.10 4.90 5.00 5.27 5.30 5.85 5.41

18、5.357.24 7.20 7.40 7.00 7.20 7.50 7.40 7.59 7.55 7.6012.60 12.50 12.50 12.00 12.30 12.90 12.80 13.10 13.10 13.20100 102 100 104 102 104 104 107 96 100100 103 105 105 105 105 105 115 105 1052.68 2.70 2.92 2.68 2.70 2.74 2.96 3.08 3.18 3.121.206 1.104 1.012 0.987 0.979 0.964 0.954 0.804 0.807 0.812表9

19、加了尼龙的砂浆原材料组成及和易性Tab9 Raw and processed materials of mortar with nylon fiber编号 灰砂比 5-1 5-2 5-3 5-41:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5纤维质量掺量 稠度 分层度 湿容重 纤维在砂浆（%） （cm） （cm） （kg/m3） 中的分散性0 0.03 0.05 0.086.6 6.0 6.0 5.92.2 2.0 1.8 1.7 2113 2108 2143 2013有成团现象5-5 5-6 5-7 5-8 5-9 5-10 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.

20、5 0.10 0.12 0.15 0.20 0.25 0.35 6.3 6.2 6.1 6.5 6.2 6.2 2.0 1.8 1.8 1.9 1.7 1.7 2078 2013 2013 2143 2078 2078表10 尼龙纤维掺量对砂浆力学性能的影响Tab10 Influence of quantity of nylon fiber on mechanical properties of mortar编号 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 5-7 5-8 5-9 5-10抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 相对折压比（%） 抗拉强度 28d干缩值(MPa) (mm/m

21、) 7d 28d 7d 28d 7d 28d 3.203.30 3.73 3.79 3.77 3.02 3.06 3.50 3.13 3.435.50 5.71 6.15 5.77 5.53 4.91 4.98 4.63 4.67 4.608.20 8.40 8.27 8.28 7.78 6.51 6.19 7.13 7.85 7.4015.70 15.87 15.80 14.40 14.00 12.10 11.47 13.00 12.90 12.80100 100 115 110 126 118 127 127 103 118100 103 111 114 114 117 123 103 1

22、03 1032.67 3.16 3.21 3.25 2.98 3.10 2.98 3.04 2.82 2.651.206 1.007 0.961 0.941 0.971 0.801 0.812 0.789 0.786 0.746(a)(b)(c)(d)图1 纤维掺量对砂浆性能的影响Fig 1 Influence of quantity of fiber on properties of mortar2.结论： 在砂浆稠度基本不变的情况下，加入有机纤维后砂浆分层度有所下降，但是随着纤维掺量的增加，分层度基本无变化；砂浆的湿容重随着纤维掺量的增加变化不大。在试验过程中搅拌时发现这几种纤维中，杜拉纤

23、维和华神聚丙烯纤维的分散性较好，而维纶纤维和尼龙纤维的分散性较差，易成团。 从图1(a)可以看出，在砂浆中加入有机纤维后，砂浆的28d折压比均有一定程度的提高，这说明在砂浆中加入有机纤维后，可以改善砂浆的韧性，但是折压比随砂浆掺量的变化规律并不是很明显。 从图1(b)可以看出，杜拉纤维、华神聚丙烯纤维、维纶纤维的加入砂浆后，随着纤维掺量的增大，砂浆的抗拉强度总的趋势是增大的；尼龙纤维掺量在00.08%，随着尼龙掺量的增加，砂浆的抗拉强度逐渐增大，当尼龙掺量大于0.08%后，砂浆的抗拉强度随着掺量的增加逐渐下降。比较这几种纤维可以得出，杜拉纤维和华神聚丙烯纤维对砂浆抗拉强度的改善效果较好。 在砂浆中加入这几种有机纤维后，砂浆的不渗水性提高率是随着纤维掺量的增加逐渐增大的，也即砂浆的抗渗性是随着有机纤维掺量的增大逐渐提高的。从图1(c)可以看出，这几种有机纤维中，华神聚丙烯纤维（8mm）对砂浆抗渗性的改善效果是最好的，其次是杜拉纤维。 随着有机纤维掺量的增加，砂浆的28d干缩值逐渐下降。从图1(d)可以看出，这几种有机纤维中，杜拉纤维对砂浆的干缩值的减小幅度最大。参 考 文 献