聚丙烯纤维砂浆的影响因素及抗冻融性能研究

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1 聚丙烯纤维砂浆的影响因素

聚丙烯纤维砂浆中纤维的主要作用是延缓水泥砂浆基材中裂缝的出现和扩展，当水泥砂浆基材出现裂缝后，纤维在砂浆中通过延伸承受拉力或者抗拉强度达到极限值断裂或者与水泥砂浆基材脱黏拔出，从而使水泥砂浆的延性、韧性提高，同时材料的抗拉强度提升。均匀分布的纤维与水泥砂浆基材共同形成一个整体，承受外部而来的应力，使得纤维砂浆较原砂浆具有更高的抗拉性和延性，在纤维砂浆出现裂缝后，纤维与水泥砂浆基材的粘结作用与纤维本身的抗拉性能弥补砂浆抗拉强度低、延性韧性差、变形差的缺点[1]。

1.1 砂的细度模数

砂的细度模数越小砂子越细，砂的比表面积相应增大，相应砂表面的吸附水量也相应增大，因此因塑性收缩引起的开裂程度将增大；同时砂细度模数减小，砂表面吸附能力、粘着力而产生的塑性粘聚力将随之增大，这将减小因塑性收缩引起的开裂程度。

1.2 水泥标号

采用低标号水泥会减少聚丙烯纤维砂浆的塑性收缩开裂，水泥的标号越低，在早期水泥水化消耗的用水量相应越小，进而所产生的早期水化产物越少，减少塑性失水带来的收缩开裂应力。

1.3 灰砂比

（1）减少砂子的含量，聚丙烯纤维砂浆的泌水性随之降低，因失水产生的塑性收缩应力相应增加；

（2）增加砂子的含量，水泥含量也相应随之减少，在塑性阶段时，水泥水化消耗的用水量相应减少，因失水产生的塑性收缩应力随之减少。但砂含量的增加将会砂浆的塑性抗拉强度降低，尤其是砂的含量增大到一定程度时塑性抗拉强度降低尤其明显[2]。

在两种作用相互影响下，当塑性失水收缩应力小于塑性抗拉强度的范围内，适当的提高砂含量可使砂浆的因塑性收缩导致开裂情况降低。

1.4 纤维自身的性质

纤维能否起到关键作用在于纤维在砂浆中的分布情况，即纤维是否乱向均匀分布。纤维阻挡微裂缝的发展，在纤维拉伸或破坏中损失了能量，从而微裂缝难以发展，起到阻裂抗裂作用。在生产过程中由于采用不同的活性剂处理纤维表面，纤维遇水后能否均匀分散，通过外力在与其他集料拌合时能否被集料均匀包裹是纤维是否起到作用的关键之处。纤维在被集料包裹后除纤维本身力学性能以外还存在纤维与集料之间的黏结力，这样才进一步避免受力时被拔出。各种纤维本身的力学性能不尽一致，其中抗拉强度、纤维均匀度、拉伸极限、抗酸碱腐蚀、抗老化能力等指标比较关键[3]。

2 抗冻融性能试验

2.1 抗冻融性能的测试

按照GB177-85 标准成型养护砂浆试样。采用先掺法工艺使用砂浆搅拌机拌合砂浆混合料，将固体主料干混搅拌，即将水泥、砂和聚丙烯纤维放入搅拌机内慢速干拌1.5min，再将水、减水剂和聚合物乳液加入，即将水与聚合物乳液10s 内倒入搅拌机混合搅拌，再快速搅拌1.5min，拌制成40mm×40mm×160mm 尺寸的试样。在20℃，相对湿度95%的标准养护箱中将试样进行养护24h。脱模后按照GBJ82-85 抗冻融性能试验标准，将试样放入全自动冻融仪中试验。冻融时将试样放入水中浸泡，每个融循环时间是3h，冻结后试样中心温度为-18℃，融化后试样中心温度为9℃。试验结束后记录试样冻融前后抗压强度与抗折强的变化，从而进一步分析哪种掺量效果最好。

2.2 聚丙烯纤维砂浆抗冻融性能数据和分析

水泥砂浆试样胶砂比为1:2.5，水灰比仍为0.44，水泥含量为22%。调整聚丙烯纤维和聚合物乳液掺加量制作试样A0、A1、A2、A3、A4，具体掺量如表2.1 所示。砂浆试样的聚丙烯纤维掺加量是单位体积砂浆内的聚丙烯纤维质量单位为kg/m3，聚合物乳液的掺加量为聚合物乳液占水泥的质量分数。

表1 聚丙烯纤维和聚合物乳液掺量表

记录试样A0-A4 分别经受50 次、100 次、200 次冻融循环后抗压强度和抗折强度，可以看出掺加聚丙烯纤维和聚合物乳液对水泥砂浆性能有利，明显的提高了水泥砂浆的抗冻融性能：

（1）掺入聚丙烯纤维的水泥砂浆，抗冻融情况要比未掺入纤维的砂浆好。其中，未掺入聚丙烯纤维和乳液的水泥砂浆试样A0经受200 次冻融循环的抗压强度低于50 次冻融循环的抗压强度，其数值减小了约33%，而试样A1 和A2 的抗压强度只减小了约21%和14%；未掺入聚丙烯纤维和乳液的水泥砂浆试样A0 经受200 次冻融循环后抗折强度低于经受50 次冻融循环的抗折强度，其数值减小了约81%，而试样A1 和A2 的抗折强度下降了约43%和35%。

（2）在已掺入聚丙烯纤维后再掺入乳液的水泥砂浆抗冻融效果更好，适量加入可以显著提高水泥砂浆的抗冻融性能。其中，未掺入聚丙烯纤维和乳液的水泥砂浆试样A0 经受200 次冻融循环后的抗压强度低于经受50 次冻融循环的抗压强度，其数值约减小33%，但掺加聚丙烯纤维和乳液的试样A3 和A4 的抗压强度仅减小了约9%与5%；未掺入聚丙烯纤维和乳液的水泥砂浆试样 A0经受200 次冻融循环的抗折强度低于经受50 次冻融循环的抗折强度，其数值减小了约81%，而试样A3 和A4 的抗折强度只减小了约16%和10%。