聚合物纖維砂漿在工程中的應(yīng)用

達(dá)文艷

摘要：砂漿是土木建筑工程重要的材料。作為水泥基材料，其固有的特點(diǎn)是抗壓不抗拉，導(dǎo)致在工程應(yīng)用中產(chǎn)生一系列的問(wèn)題，如容易收縮開(kāi)裂等。本文通過(guò)理論分析，提出評(píng)價(jià)砂漿粘結(jié)力大小的指標(biāo)，即砂漿的抗壓強(qiáng)度。從材料、施工的角度提出了解決問(wèn)題的辦法：摻加纖維對(duì)砂漿進(jìn)行合理的改性，提高粘結(jié)力，減少收縮，防止收縮開(kāi)裂。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，證明了纖維對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響。

關(guān)鍵詞：砂漿; 纖維; 抗壓強(qiáng)度; 粘結(jié)力

1 前言

近百年來(lái)，水泥基材料發(fā)展趨勢(shì)是不斷提高強(qiáng)度，但單一性高強(qiáng)化也存在一些明顯的不足：材料延性、水化熱、非荷載裂縫、材料耐久性等問(wèn)題。在這些問(wèn)題的解決過(guò)程中，產(chǎn)生了水泥基材料技術(shù)的飛躍。60年代，美國(guó)發(fā)明了聚合物浸漬混凝上，前蘇聯(lián)開(kāi)發(fā)了鋼絲網(wǎng)水泥，中國(guó)則用玻璃纖維增強(qiáng)水泥。

在砂漿中摻加纖維以改善其性能的方法，在各國(guó)建筑業(yè)中早有應(yīng)用，其中聚合物砂漿應(yīng)用最廣泛。聚合物加入砂漿可以使其性能得到改善，同時(shí)又能提高普通砂漿的強(qiáng)度、粘結(jié)性、耐候性，降低其脆性，因而聚合物水泥砂漿的應(yīng)用前景較好。

2 原材料

水泥：P.O 42.5R普通硅酸鹽水泥，其80μm負(fù)壓篩余量為0.1%;細(xì)砂：過(guò)5mm篩，細(xì)度模數(shù)是1.64，堆積密度1.35g/cm;纖維：采用聚丙烯纖維（生產(chǎn)規(guī)模滿足實(shí)際施工需要）。該纖維在使用過(guò)程中不需要改變砂漿的配合比設(shè)計(jì)，通常用量為每立方米加入0.9kg。

3 聚合物纖維砂漿配合比設(shè)計(jì)

4 測(cè)試結(jié)果

在試驗(yàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，纖維的摻入使砂漿的流動(dòng)度、保水性有所改善，同時(shí)摻入纖維有效地改變了砂漿破壞形態(tài)，未加纖維的砂漿試件破壞呈崩裂狀，試塊側(cè)面通常都有一到兩條大的通縫，而且裂縫均是豎向發(fā)展的，破壞后通縫處及試塊的棱角處的砂漿出現(xiàn)大量的剝落。摻加纖維后砂漿破壞較為緩和，破壞后只有零星的碎粒掉下，試塊也沒(méi)有大的裂縫產(chǎn)生，更沒(méi)有看到通縫，破壞后試件裂而不散，呈現(xiàn)出良好的整體性。砂漿抗壓強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

5 結(jié)果分析

剛剛澆筑的砂漿因?yàn)楹瘦^大，表面水分大量蒸發(fā)，因而產(chǎn)生表皮收縮，但受到內(nèi)層的限制而使表層引起拉應(yīng)力，故其表層極易產(chǎn)生大量不規(guī)則的無(wú)固定取向的裂縫，即塑性收縮裂縫。若在砂漿中摻加適量細(xì)纖維，形成均勻分布的三維網(wǎng)絡(luò)，則可承受因基材收縮而引起的內(nèi)應(yīng)力，從而抑制基材中微裂縫的生成與發(fā)展。

5.1 在塑性砂漿中的阻裂機(jī)理

水泥砂漿中水分蒸發(fā)時(shí)，表層材料形成凹液面，其上表面張力的垂直分量對(duì)管壁形成拉應(yīng)力，材料處于塑性階段。若失水收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于塑性抗拉強(qiáng)度，材料表層出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。摻入纖維后，纖維在砂漿中呈三維亂向分布，對(duì)集料起支撐作用，阻止集料沉降，有效抑制砂漿離析，使水分遷移困難，減小失水收縮形成的張力。纖維與水泥基間的界面粘結(jié)力、機(jī)械嚙合力增加了材料抵抗開(kāi)裂的塑性抗拉強(qiáng)度，從而使表層開(kāi)裂狀況減輕，以至消失。

5.2 在硬化砂漿中的阻裂機(jī)理

當(dāng)砂漿中一旦有裂縫產(chǎn)生，裂縫的前端與纖維相交，使得引起裂縫的拉應(yīng)力得以削弱或消除，使裂縫的發(fā)展得到有效抑制，寬度較大的裂縫大量減少，達(dá)到了抗裂的目的。

6 結(jié)論

由試驗(yàn)結(jié)果知，當(dāng)纖維摻量為0.05%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)砂漿提高了17.2%;當(dāng)體積摻量從0.05%增加到0.10%時(shí)，抗壓強(qiáng)度提高5.1%;當(dāng)纖維體積摻量從0.10%增加到0.15%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，下降10.6%;繼續(xù)增加纖維摻量，當(dāng)摻量達(dá)到0.20%時(shí)，強(qiáng)度稍有回升，但仍低于體積摻量為0.10%時(shí)的抗壓強(qiáng)度值，分析以上變化規(guī)律得出：當(dāng)纖維長(zhǎng)度相同時(shí)，隨摻量的增加，砂漿抗壓強(qiáng)度提高，但摻量達(dá)到一定值后（體積摻量為0.10%），再增加摻量其抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其原因在于：隨摻量的增加，其分散性降低，有部分纖維會(huì)在砂漿中成團(tuán)結(jié)坨，形成薄弱區(qū)，所以并非摻量越大越好。

由此可知，纖維的最佳摻量為0.10%，其對(duì)應(yīng)的砂漿抗壓強(qiáng)度為最大抗壓強(qiáng)度。

在纖維體積摻量為0.10%，長(zhǎng)度為10mm時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度比同齡期（28d）基準(zhǔn)砂漿抗壓強(qiáng)度提高了23%;長(zhǎng)度為16mm時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度比同齡期（28d）基準(zhǔn)砂漿抗壓強(qiáng)度僅提高了12.5%，這說(shuō)明增加纖維長(zhǎng)度砂漿抗壓強(qiáng)度下降，分析原因：增大纖維長(zhǎng)度可提高纖維與水泥砂漿基體的粘結(jié)力，但纖維長(zhǎng)度超過(guò)一定值后，會(huì)影響拌合物均勻性，從而影響粘結(jié)力，使砂漿抗壓強(qiáng)度下降。因此，在工程的實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)合理選擇纖維的長(zhǎng)度。

7 聚合物纖維砂漿在工程中的應(yīng)用

在我國(guó)，建筑外墻的滲、漏、裂問(wèn)題已日益引起人們的關(guān)注，抹灰層空鼓、裂縫也較為嚴(yán)重。聚合物纖維可有效提高砂漿的抗裂能力。實(shí)驗(yàn)表明，聚合物纖維摻量為0.9kg/m3 的砂漿其塑性裂紋比未摻纖維的砂漿減少80%以上。當(dāng)外墻抹灰厚度為2.5cm ，每1 m2外墻抹灰因采用聚合物纖維所增加的成本不超過(guò)2元。聚合物纖維增強(qiáng)砂漿特別適用空心砌塊、輕質(zhì)磚、加氣混凝土等輕質(zhì)墻體材料的外墻抹灰，可以有效提高外墻抗裂能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳容輝、宋敦清.低摻量聚丙烯纖維在混凝土中（砂漿）中的阻裂作用[J].建材產(chǎn)品與應(yīng)用，2005（5），26—27