聚丙烯纖維對環氧樹脂砂漿性能影響研究

鄭文，田青

（中建西部建設湖南有限公司，湖南 長沙 410000）

0 前言

環氧樹脂水泥砂漿是以環氧樹脂代替部分水泥作膠結材料，使集料粘結并固化的一種漿材[1]，這種以環氧樹脂為基體，以水泥砂漿作為填料配制而成的高性能灌漿料除具有普通水泥砂漿和傳統的環氧樹脂化學灌漿材的優良性能以外，還具有粘結強度高、施工方便、抗滲性能好、對環境無污染、使用方便等優點，更富于高強性和經濟型[2]。

劉其城[3]等人用 ESEM 研究了從新拌到不同齡期的改性水泥漿體的結構演變過程，發現環氧樹脂漿液確實吸附在水泥顆粒表面成膜，并存在于砂漿的微裂縫中起到搭接裂縫的作用。胡敢峰[4]對環氧樹脂改性水泥砂漿的孔結構進行研究，提出聚合物不連續的薄膜的填充作用，改善了硬化水泥漿體的毛細孔結構，使大毛細孔（＞100nm）明顯減少，小毛細孔（10～100nm）增加，從而改善了漿體的力學性能和耐久性。但有研究證明環氧樹脂砂漿后期干縮性能明顯[5]，而聚丙烯纖維能減少水泥砂漿的收縮裂縫[6]。在澆灌后的硬化過程中，由于砂漿內部的收縮，裂縫就會不可避免地產生[7,8]，當有大量的合成纖維均勻地分布于砂漿當中時，延緩或阻止了砂漿出現裂縫，本文旨在探討通過添加不同長度、不同摻量的聚丙烯纖維改善環氧樹脂乳液改性砂漿的力學性能及干縮性能。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥：采用海螺水泥有限公司生產的 P·O42.5水泥，比表面積為 350m2/kg，密度為 3.12g/cm3。具體化學分析及組成見表 1。

（2）河砂：各項指標見表 2，其他指標符合 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》的規定。

表1 基準水泥熟料化學分析及礦物組成

表2 細集料基本性質

（3）環氧樹脂：采用水性環氧樹脂（A 液 : B液= 1:2）；聚丙烯纖維：長度分別為 6mm、9mm、12mm，性能見表 3。

表3 聚丙烯纖維物理性能

1.2 試驗方法

1.2.1 水泥砂漿配合比

根據 JGJ/T 98—2011《砌筑砂漿配合比設計規程》進行試驗，基準試驗一組，試驗組水性環氧樹脂的摻量分別占水泥質量的 2%、4%（A液 : B 液 = 2:1），聚丙烯纖維摻量分別為 0.2%、0.4%、0.6%。

1.2.2 抗折強度和抗壓強度

試驗根據 DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂漿試驗規程》進行成型（試件尺寸 40mm×40mm×160mm）和養護，養護至規定齡期測定砂漿抗壓及抗折強度。

1.2.3 干縮試驗方法

在水中養護 2 天后，取出試件，濕布擦去試件表面水分及釘頭污垢，用比長儀測出初始讀數 L0。而后將試件移入養護箱，養護溫度控制在 (20±3)℃，相對濕度為 (50±4)%，測量不同齡期試件的長度來確定水泥膠砂的干縮性能。砂漿的干縮率按下式計算：

式中：

εt——聚合物改性水泥砂漿的收縮率，%；

L0——初始讀數，mm；

Li——不同齡期的測量讀數，mm；

Ld——埋入砂漿兩個收縮頭的長度之和，mm；

L——試塊標準長度，mm。

2 試驗結果與分析

2.1 環氧樹脂砂漿的性能測試結果

2.1.1 強度

環氧樹脂乳液改性水泥砂漿的強度試驗結果見表4。

表4 環氧樹脂乳液改性水泥砂漿的強度

由表 4 可知，隨著環氧樹脂的摻量的加入，水泥砂漿的抗壓強度有所下降，但是下降的幅度不是特別大。在環氧樹脂的摻量為 2% 時，砂漿抗折強度比基準水泥砂漿有所減小；當環氧樹脂摻量為 4% 時，它的早期抗折強度相對是降低的，但是在后期，其強度得到一定程度的提高。

2.1.2 干縮率

環氧樹脂乳液改性水泥砂漿的干縮率試驗結果見表5。

表5 環氧樹脂乳液改性水泥砂漿的干縮率

由表 5 可知，隨著環氧樹脂的摻量增加干縮率增大，水泥砂漿的干縮性能呈現增大趨勢。在環氧樹脂的摻量為 4% 時其水泥砂漿的變化量較大，當環氧樹脂的摻量為 2% 時，干縮值相對較小，得到相對穩定的水泥砂漿。

2.2 聚丙烯纖維對環氧樹脂砂漿的性能測試結果

試驗取環氧樹脂的摻量為 2% 為定量，加入不同長度（6mm、9mm、12mm）、不同摻量（0.2%、0.4%、0.6%）的聚丙烯纖維到之前的環氧樹脂砂漿中，以探討聚丙烯纖維對環氧樹脂砂漿性能的影響。

2.2.1 強度

聚丙烯纖維環氧樹脂乳液改性水泥砂漿的強度試驗見表 6 和圖 1。

表6 聚丙烯纖維環氧樹脂乳液改性水泥砂漿的強度

圖1 聚丙烯纖維環氧樹脂改性水泥砂漿抗折強度

由圖 1 可以看出，在纖維長度為 6mm 時，隨著纖維含量的增加，對水泥砂漿的抗折強度有著一定的改善。加入纖維的砂漿早期抗折強度在不斷下降，而后期強度都有著明顯的提高，在纖維摻量為 0.2% 時，其后期強度最高。纖維的長度為 9mm 時，隨著纖維含量增加，砂漿的早期強度一直在下降。在中期時，水泥砂漿的抗折強度開始呈現遞增的趨勢。而在 28d 齡期后，其抗折強度明顯高于普通環氧樹脂水泥砂漿，并在纖維含量為 0.2% 時，抗折強度達到最大，強度增大了 10%。在纖維的長度為 12mm 時，隨著纖維含量的增加，在摻量為 0.2% 時，其早期強度達到最低。之后隨著含量的增加，其抗折強度一直在增加。而后期強度呈現增大的趨勢，它的抗折強度都大于普通環氧樹脂水泥砂漿的抗折強度，在摻量為 0.4% 時，后期強度達到最高。在纖維的摻量為 0.2% 不變時，隨著纖維長度的增加。砂漿的早期強度都比普通環氧樹脂水泥砂漿低，而到了 28d齡期，其抗折強度明顯高于普通環氧樹脂水泥砂漿的抗折強度。在纖維的長度為 9mm 時，它的后期強度最高。

圖2 聚丙烯纖維環氧樹脂改性水泥砂漿抗壓強度

由圖 2 可知，在加入聚丙烯纖維的水泥砂漿的早期抗壓強度都低于普通環氧樹脂砂漿，而后期抗壓強度都比普通環氧樹脂水泥砂漿強度要高。在纖維長度為12mm、摻量為 0.4% 時，其后期強度達到峰值，抗壓性能最好。

2.2.2 干縮率

聚丙烯纖維環氧樹脂乳液改性水泥砂漿的干縮率試驗結果見表 7 和圖 3。

由表 7 和圖 3 分析可知，在纖維摻量為 0.2% 時，在纖維長度為 6mm 和 12mm 時，水泥砂漿的早期干縮和后期干縮值都比普通環氧樹脂水泥砂漿干縮值要大，而在纖維長度為 9mm 時，它的水泥砂漿的干縮性能最好，不論在早期還是后期，它的干縮值都比普通環氧樹脂水泥砂漿的干縮值要小，對水泥砂漿的干縮性能有著一定的改善作用。在纖維的摻量為 0.4% 時，長度為9mm 時，它的干縮性能比普通環氧樹脂水泥砂漿的干縮率還要高；在纖維的長度為 6mm 和 12mm 時，水泥砂漿的干縮率都比較小，比普通環氧樹脂水泥砂漿的干縮率要低，都能起到一定的改善環氧樹脂水泥砂漿干縮性的作用；其中長度為 6mm 時，它的干縮值最小，性能也是最好的。在纖維的摻量為 0.6% 時，長度為 6mm時，對環氧樹脂水泥砂漿的干縮性能沒有起到有效的作用；在長度為 9mm 和 12mm 時，對水泥砂漿的干縮性有改善；長度為 9mm 時，在早期干縮值比較低，但是在后期干縮值就有點偏大了，其中性能最好的還是12mm，不僅在早期還是后期，它對改善環氧樹脂水泥砂漿的干縮性能是最好的。

表7 聚丙烯纖維環氧樹脂改性水泥砂漿的干縮率

圖3 聚丙烯纖維環氧樹脂改性水泥砂漿的干縮率

在長度固定為 6mm 時，聚丙烯纖維的摻量為 0.4%時，水泥砂漿的干縮性能最好；摻量在 0.2% 和 0.6%時，水泥砂漿的干縮性比普通環氧樹脂砂漿的要差。在長度固定為 9mm 時，聚丙烯纖維的摻量為 0.2% 時，水泥砂漿的干縮性能最好；摻量為 0.4% 和 0.6% 時，比普通環氧樹脂砂漿的干縮性要差。在長度固定為12mm 時，聚丙烯纖維的摻量為 0.6% 時，水泥砂漿的干縮性能最好，基本不發生形變；摻量為 0.4% 時，其水泥砂漿的干縮性次之；摻量為 0.2% 時最差。

3 結論

通過環氧樹脂砂漿以及聚丙烯纖維對環氧樹脂沙漿的試驗，探究聚丙烯纖維對砂漿的力學性能和干縮性能的影響規律。主要的研究結論如下：

（1）在水泥砂漿工作性能方面，環氧樹脂乳液對水泥砂漿有一定的增韌作用。

（2）在水泥砂漿力學方面，一定摻量的環氧樹脂乳液對普通水泥砂漿有著一定的改善，但是在早期強度還是低于一般的水泥砂漿，而后期強度就有所增大。但是相應的，摻入的環氧樹脂會使水泥砂漿干縮變大，導致水泥砂漿在后期易開裂，縮短其使用壽命。

（3）在加入環氧樹脂的基礎上，通過加入聚丙烯纖維來改善其干縮性能。在通過加入不同含量，不同長度的聚丙烯纖維，得知在摻量為 0.2%、長度為 9mm，摻量為 0.4%、長度為 6mm，摻量為 0.6%、長度為12mm 時，聚丙烯纖維對環氧樹脂砂漿的干縮性能改善效果最好。并且，加入聚丙烯纖維后，能夠提高環氧樹脂改性水泥砂漿的后期力學性能。