膨潤(rùn)土和玄武巖纖維改性水泥砂漿的防滲抗裂性能

陳文瑤，張卓翔,2，孟二從，黎 強(qiáng)

(1.西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400715；2.中建西部建設(shè)西南有限公司，成都 610000)

0 引 言

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，人們對(duì)建筑材料性能的要求也在逐漸提高。功能多、性能強(qiáng)、綠色環(huán)保及經(jīng)濟(jì)效益高的新型水泥基復(fù)合材料已成為工程中頗具前景、應(yīng)用頗為廣泛的材料之一。水泥砂漿在水化過(guò)程中會(huì)發(fā)生體積收縮，致使材料開(kāi)裂變形，防滲抗裂性能降低[1]。為解決水泥砂漿易開(kāi)裂、滲漏的問(wèn)題，在水泥砂漿中加入適量膨潤(rùn)土和玄武巖纖維是解決該問(wèn)題的有效措施。

膨潤(rùn)土也叫斑脫石或皂土，我國(guó)從唐代開(kāi)始就大量開(kāi)發(fā)膨潤(rùn)土[2]。膨潤(rùn)土是一種非金屬礦產(chǎn)，主要礦物成分為蒙脫石，其吸附性、膨脹性和分散性等理化性質(zhì)十分優(yōu)異，可用于生產(chǎn)防水材料[3-4]。一些研究[5-6]表明，在砂漿或混凝土中添加膨潤(rùn)土不僅可以改善其工作性能、填充孔隙、增強(qiáng)抗?jié)B性能，而且使其強(qiáng)度高、耐久性能好、密封性強(qiáng)等。秦鴻根等[7]在砂漿中摻入適量膨潤(rùn)土后，砂漿的稠度有所下降，抗壓強(qiáng)度、保水性提高，在某些方面，砂漿的表觀密度和熱傳導(dǎo)率得到了提高。肖佳等[8]在水泥基材料中加入膨潤(rùn)土，提高了水泥基材料的抗低溫硫酸鹽侵蝕性能。Hu等[9]研究了膨潤(rùn)土對(duì)水泥砂漿孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率的影響，發(fā)現(xiàn)膨潤(rùn)土能細(xì)化水泥砂漿的孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)砂漿的抗?jié)B性。侯娟等[10]通過(guò)COMSOL建立了模擬膨潤(rùn)土中滲流的數(shù)值模型，研究了膨潤(rùn)土顆粒膨脹過(guò)程對(duì)膨潤(rùn)土襯墊抗?jié)B性能的影響，研究結(jié)果表明，流體通過(guò)膨潤(rùn)土粒間孔隙時(shí)，邊界通道的最大速度明顯小于非邊界通道速度。Anirudhan等[11]采用直接插層聚合技術(shù)制備了具有胺官能團(tuán)的新型聚丙烯酰胺-膨潤(rùn)土復(fù)合材料，膨潤(rùn)土的添加使該材料吸附能力明顯增強(qiáng)。

膨潤(rùn)土具有優(yōu)異的吸水膨脹性[12]，可增強(qiáng)水泥基材料的防水性。隨著人們需求的增加，膨潤(rùn)土改性水泥基材料在礦業(yè)、建筑、水利等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[13]。玄武巖纖維是一種環(huán)保、高性能的新型無(wú)機(jī)纖維，它由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、二氧化鈦等氧化物組成。玄武巖纖維具有較高的強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫等特性[14]，故近些年來(lái)已將其應(yīng)用于諸多方面，且玄武巖纖維良好的拉伸強(qiáng)度能有效降低水泥基材料裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展[15]。Czigny[16]通過(guò)制備玄武巖纖維增強(qiáng)聚丙烯基混雜復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維的加入有利于復(fù)合材料性能的增強(qiáng)，證明了玄武巖纖維可以有效地應(yīng)用于混雜復(fù)合材料中。丁亞紅等[17]通過(guò)摻入玄武巖纖維的方法，提高了再生混凝土的抗碳化性能。膨潤(rùn)土和玄武巖纖維都具備優(yōu)良的性能且二者的成本皆不高，二者相互作用后可以對(duì)材料起到積極作用[18-19]。

因此，研制一種既具有較好的工作性能與力學(xué)性能，又兼具防滲抗裂的水泥砂漿材料，能夠在一定程度上解決工程中出現(xiàn)的滲漏、開(kāi)裂等問(wèn)題。本試驗(yàn)將膨潤(rùn)土和玄武巖纖維添加至水泥砂漿中，研究了水泥砂漿的防滲和早期裂縫特性，并探討了膨潤(rùn)土和玄武巖纖維對(duì)水泥砂漿防滲抗裂性能的影響機(jī)理。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

膠凝材料為P·O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，由四川鄰水紅獅水泥有限公司生產(chǎn)；膨潤(rùn)土由石家莊燕新礦業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)，平均粒徑為10.01 μm，主要礦物成分為蒙脫石、方解石和石英等；玄武巖纖維由上海臣啟化工有限公司生產(chǎn)，直徑為12 mm，表面呈褐色；減水劑采用江蘇兆佳建材有限公司提供的聚羧酸高性能減水劑；細(xì)集料采用重慶地區(qū)的普通河砂，符合《建筑用砂》(GB/T 14684—2022)規(guī)范要求，過(guò)5 mm篩，烘干備用。水泥的物理性能見(jiàn)表1，主要原材料的化學(xué)成分見(jiàn)表2，膨潤(rùn)土和水泥的物相組成如圖1所示。

表1 水泥的物理性能Table 1 Physical properties of cement

表2 原材料的化學(xué)組成Table 2 Chemical composition of raw materials

圖1 膨潤(rùn)土和水泥的物相組成Fig.1 Phase composition of bentonite and cement

1.2 樣品制備與配合比設(shè)計(jì)

用電子天平對(duì)原材料進(jìn)行稱(chēng)量，將稱(chēng)量好的水泥、河砂、膨潤(rùn)土放入攪拌機(jī)中，低速攪拌30 s，然后將玄武巖纖維加入攪拌鍋中，高速攪拌60 s，再往攪拌鍋中加入2/3溶有減水劑的水，勻速攪拌60 s；最后往攪拌鍋中加入剩下1/3溶有減水劑的水，高速攪拌60 s后即制得本試驗(yàn)所需的防滲抗裂水泥砂漿。將制備好的水泥砂漿拌合物倒入試模中，振搗、抹平后做好標(biāo)記，將制備好的水泥砂漿靜置(24±2) h后拆模，編號(hào)，然后放入溫度為(20±2) ℃、相對(duì)濕度大于95%的標(biāo)準(zhǔn)恒溫養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)直至規(guī)定齡期。水泥砂漿配合比見(jiàn)表3。

表3 水泥砂漿的配合比Table 3 Mix proportion of cement mortar

1.3 抗?jié)B性能試驗(yàn)方法

參照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 70—2009)的相關(guān)規(guī)程進(jìn)行抗?jié)B性能試驗(yàn)。水泥砂漿抗?jié)B性能試驗(yàn)使用的儀器：尺寸為70 mm×80 mm×30 mm的金屬圓錐體試模及砂漿滲透儀。將養(yǎng)護(hù)至齡期為28 d的試件四周進(jìn)行密封處理，再將其裝入到砂漿滲透儀上，從0.2 MPa開(kāi)始逐級(jí)加壓，恒壓2 h后再加到0.3 MPa，每間隔1小時(shí)后再升高0.1 MPa，當(dāng)6個(gè)試件中第3個(gè)試件表面有水滲出時(shí)，停止測(cè)試，記錄此時(shí)的水壓力。若水從試件的周?chē)鷿B出，則表明未密封好，需對(duì)試件重新密封，然后再以同樣的方式重復(fù)試驗(yàn)。

1.4 抗裂性能試驗(yàn)方法及抗裂等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參照《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(CECS 13—2009)的相關(guān)規(guī)程進(jìn)行抗裂性能試驗(yàn)。水泥砂漿抗裂性能測(cè)試需要尺寸為600 mm×600 mm×20 mm的約束平面薄板，平板內(nèi)四邊分別設(shè)有7根長(zhǎng)度為100 mm的單排栓釘，栓釘與栓釘?shù)拈g距為60 mm，該裝置示意圖與實(shí)物圖見(jiàn)圖2。將制備好的水泥砂漿拌合物倒入平板內(nèi)進(jìn)行澆筑，抹平，再用聚乙烯薄膜覆蓋水泥砂漿的表面2 h，待試件完全成型后取下薄膜，將風(fēng)扇置于距離平板0.15 m處，并以(5±0.5) m/s的風(fēng)速對(duì)試件表層吹風(fēng)。風(fēng)扇不間歇吹向試件表面24 h后觀測(cè)產(chǎn)生的裂紋。試件表面出現(xiàn)的裂紋應(yīng)以肉眼可見(jiàn)的為準(zhǔn)，其長(zhǎng)度用鋼尺測(cè)量，最大寬度用讀數(shù)顯微鏡測(cè)取。本試驗(yàn)主要采用裂縫降低系數(shù)法對(duì)膨潤(rùn)土和玄武巖纖維改性水泥砂漿的早期開(kāi)裂情況進(jìn)行對(duì)比分析，抗裂等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。裂縫降低系數(shù)計(jì)算公式為

(1)

(2)

式中：Wi,max為第i條裂縫的縫寬，mm；li為第i條裂縫的總長(zhǎng)度，mm；Acr為裂縫總面積，mm2；Amcr為普通砂漿產(chǎn)生開(kāi)裂的裂縫總面積，mm2；η為裂縫降低系數(shù)，%。

圖2 抗裂性能試驗(yàn)裝置示意圖與實(shí)物圖Fig.2 Schematic diagram and physical drawing of crack resistance test device

表4 抗裂等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Evaluation standard for crack resistance grade

1.5 微觀結(jié)構(gòu)表征方法

試件達(dá)到28 d養(yǎng)護(hù)齡期后將其用抗壓機(jī)壓碎，取10 mm的薄片，用異丙醇溶液浸泡樣品使樣品終止水化，然后烘干至恒重。借助掃描電子顯微鏡(SEM)分析樣品微觀形貌，借助X射線粉晶衍射儀分析樣品物相成分，借助紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜(FTIR)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 膨潤(rùn)土和玄武巖纖維對(duì)水泥砂漿抗?jié)B性能的影響

圖3 膨潤(rùn)土和纖維摻量對(duì)水泥砂漿抗?jié)B性能的影響Fig.3 Effect of bentonite and fiber content on impermeability of cement mortar

圖3表示了各組分膨潤(rùn)土和玄武巖纖維對(duì)水泥砂漿抗?jié)B性能的影響。由圖3可知，單摻膨潤(rùn)土?xí)r，抗?jié)B壓力值隨著膨潤(rùn)土摻量的增加而增大。當(dāng)膨潤(rùn)土摻量從2%增至8%時(shí)，與對(duì)照組(未摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維)相比，抗?jié)B壓力值分別提高了9.26%、29.63%、53.70%、72.22%?；鞊脚驖?rùn)土和玄武巖纖維時(shí)，纖維摻量為0.2%、0.4%、0.6%的水泥砂漿抗?jié)B性能都隨著膨潤(rùn)土摻量的增多呈先增大后減小的趨勢(shì)，均在膨潤(rùn)土摻量為4%時(shí)達(dá)到峰值；最大抗?jié)B壓力值出現(xiàn)在膨潤(rùn)土摻量為4%、纖維摻量為0.4%處，此時(shí)抗?jié)B壓力值為0.87 MPa，與對(duì)照組相比，提高了61.11%，抗?jié)B等級(jí)達(dá)到P8級(jí)。單摻玄武巖纖維時(shí)，抗?jié)B壓力值隨著纖維摻量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，在摻量為0.4%時(shí)達(dá)到峰值，此時(shí)抗?jié)B壓力值為0.63 MPa，與對(duì)照組相比，提高了16.67%。由此可見(jiàn)，膨潤(rùn)土和玄武巖纖維對(duì)水泥砂漿的抗?jié)B性能均有較大的影響，但膨潤(rùn)土的影響作用更顯著，且混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維時(shí)，二者摻量并非越多越有利，二者摻量過(guò)多反而會(huì)對(duì)水泥砂漿抗?jié)B性能產(chǎn)生不利影響。這是由于：一方面，膨潤(rùn)土自身有著較好的活性和分散性，水泥水化反應(yīng)后，膨潤(rùn)土在基體中均勻分布并在孔隙中充分填充，改善基體孔隙結(jié)構(gòu)，使基體孔隙率降低；膨潤(rùn)土用量越大，孔隙率越小。同時(shí)，一些未參與水泥水化反應(yīng)的膨潤(rùn)土顆粒在基體孔隙間交錯(cuò)搭接排列，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠類(lèi)物質(zhì)，在理化作用下，復(fù)合水泥砂漿結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)，抗?jié)B性能得以顯著提升。另一方面，膨潤(rùn)土的膨脹性使其在遇到水分時(shí)會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，并在一定程度上互相擠壓，形成一種薄膜狀膠體，阻隔水分子進(jìn)入，從而起到防水作用。混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維的水泥砂漿抗?jié)B性能可以得到更好的改善，但要將二者摻量控制在合理的范圍之內(nèi)。纖維良好的抗拉性能使基體在受荷載狀態(tài)下也能對(duì)基體進(jìn)行約束，阻止其變形、斷裂及發(fā)生錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)等；纖維的加入對(duì)水泥砂漿的抗?jié)B性能有較好的提升作用。但過(guò)量的膨潤(rùn)土、纖維對(duì)水泥砂漿的成形不利，使其分散不均勻，且內(nèi)部空洞多，即便是膨潤(rùn)土遇水膨脹，也難以完全填充這部分孔洞，從而導(dǎo)致抗?jié)B性能下降。

2.2 膨潤(rùn)土和玄武巖纖維對(duì)水泥砂漿抗裂性能的影響

圖4(a)～(d)分別表示了各組分膨潤(rùn)土和玄武巖纖維對(duì)水泥砂漿單位面積的裂縫總面積、最大裂縫寬度、裂縫降低系數(shù)及單位面積裂縫數(shù)量的影響。

圖4 膨潤(rùn)土和纖維摻量對(duì)水泥砂漿抗裂性能的影響Fig.4 Effect of bentonite and fiber content on crack resistance of cement mortar

由圖4可知，隨著膨潤(rùn)土摻量的增加，水泥砂漿最大裂縫寬度都呈先減小后增大的趨勢(shì)，最小值均出現(xiàn)在4%膨潤(rùn)土摻量時(shí)。在單摻雜玄武巖纖維的情況下，隨著纖維摻量的增加，水泥砂漿的最大裂縫寬度逐漸減小。從總體上看，混摻4%膨潤(rùn)土和0.6%玄武巖纖維時(shí)，水泥砂漿的最大裂縫寬減小最多，與對(duì)照組相比減小了65.87%。水泥砂漿單位面積的裂縫總面積均隨著膨潤(rùn)土摻量的增加呈先大幅減小后略有增大的趨勢(shì)，相比其他組分，纖維摻量在0.6%時(shí)水泥砂漿單位面積的裂縫總面積最小。單摻膨潤(rùn)土?xí)r，裂縫降低系數(shù)均小于50%，抗裂效果不理想，此時(shí)裂縫降低系數(shù)最大值為35.84%，參照抗裂等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，屬于Ⅲ級(jí)抗裂。混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維時(shí)，裂縫降低系數(shù)隨著膨潤(rùn)土摻量的增加呈先小幅增大后略微減小的趨勢(shì)，變化趨勢(shì)基本趨于平緩；各組分摻量裂縫降低系數(shù)的最大值出現(xiàn)在膨潤(rùn)土摻量為4%、纖維摻量為0.6%時(shí)，此時(shí)抗裂效果最好，裂縫降低系數(shù)可達(dá)90.59%，參照抗裂等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，屬于Ⅰ級(jí)抗裂。單摻玄武巖纖維時(shí)，裂縫降低系數(shù)隨著纖維摻量的增加而增大，但此時(shí)的最大值與混摻4%膨潤(rùn)土、0.6%纖維時(shí)相比，要低1.33個(gè)百分點(diǎn)。由此可見(jiàn)，混摻4%膨潤(rùn)土和0.6%玄武巖纖維時(shí)，抗裂效果最顯著。水泥砂漿單位面積裂縫條數(shù)均隨著膨潤(rùn)土摻量的增加大致呈先大幅減少后緩慢變化的趨勢(shì)，且混摻膨潤(rùn)土和纖維時(shí)單位面積裂縫條數(shù)的情況優(yōu)于單摻膨潤(rùn)土，最小值出現(xiàn)在膨潤(rùn)土摻量為6%、纖維摻量為0.6%時(shí)。單摻玄武巖纖維時(shí)，單位面積裂縫條數(shù)隨纖維摻量的增加而減少，最小值出現(xiàn)在0.6%纖維摻量時(shí)，但此時(shí)的最小值依舊高出混摻6%膨潤(rùn)土、0.6%纖維時(shí)的值。由此可見(jiàn)，混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維時(shí)，抗裂效果優(yōu)于單摻膨潤(rùn)土或纖維。

綜上所述，混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維對(duì)抗裂性能的改善作用最突出，裂縫特征表現(xiàn)為“少、細(xì)、短”。這是由于：一方面，雖然少量膨潤(rùn)土的膨脹作用不大，但是可以對(duì)水泥砂漿進(jìn)行補(bǔ)償收縮，大量的膨潤(rùn)土則會(huì)過(guò)度膨脹，導(dǎo)致抗裂性能下降；而纖維摻入后讓水泥砂漿內(nèi)部形成三維亂象分布狀態(tài)，此時(shí)膨潤(rùn)土和纖維協(xié)同作用，增強(qiáng)纖維與水泥砂漿之間的黏結(jié)性，有利于改善水泥砂漿的抗裂性能，纖維與裂縫處的照片如圖5所示。另一方面，摻入適量的膨潤(rùn)土后提高了纖維與基體之間的黏結(jié)性，纖維在基體內(nèi)部形成牢固的“纖維筋”結(jié)構(gòu)，不僅提高基體開(kāi)裂的應(yīng)力水平，使水泥基體能夠承受更強(qiáng)的應(yīng)力，抵抗水泥砂漿材料開(kāi)裂時(shí)所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，同時(shí)將這部分應(yīng)力傳遞給水泥砂漿中其他集料組分，阻礙集料的分層和離析，抑制水泥砂漿材料的干燥收縮。

圖5 纖維與裂縫處的照片F(xiàn)ig.5 Image between fiber and crack

2.3 膨潤(rùn)土和玄武巖纖維對(duì)水泥砂漿影響的微觀機(jī)理分析

為了從微觀角度分析膨潤(rùn)土和玄武巖纖維對(duì)水泥砂漿的影響，采用SEM、能譜分析和XRD物相分析以及紅外光譜分析等技術(shù)對(duì)水泥砂漿的微觀結(jié)構(gòu)及水化產(chǎn)物進(jìn)行探究。圖6為水泥砂漿的SEM照片，其中(a)、(b)是未摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維的水泥砂漿的SEM照片，(c)、(d)是混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維的水泥砂漿的SEM照片；圖7為水泥砂漿的XRD譜；圖8為水泥砂漿的FTIR譜。由圖6～圖8可以看出：與不摻膨潤(rùn)土和纖維的水泥砂漿相比，加入膨潤(rùn)土和纖維的水泥砂漿的微觀結(jié)構(gòu)中間隙、孔洞等明顯減少，且裂縫寬度也有所減小，纖維之間的交錯(cuò)搭接排列對(duì)水泥砂漿孔隙有良好的填充作用，阻止材料內(nèi)部裂縫的延伸，減少裂縫斷裂空間[20]；水泥水化反應(yīng)后，膨潤(rùn)土有效填充了水泥基體里的孔隙，孔隙率下降，結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，使裂縫產(chǎn)生和延展的速度變緩；膨潤(rùn)土和水化產(chǎn)物分布于纖維上，提高了水泥砂漿的黏結(jié)性能，裂縫不僅被纖維的搭接作用所阻礙，纖維良好的抗拉性能也能使其對(duì)受荷載狀態(tài)下的基體進(jìn)行約束，使混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維的水泥砂漿抗?jié)B性能、抗裂性能都有效提高。加入膨潤(rùn)土和纖維的水泥砂漿的成分主要有氫氧化鈣(CH)、水化硅酸鈣(C-S-H)、二氧化硅(SiO2)及少量的鈣礬石(AFt)和未完全水化的硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)等；二者混摻降低了CH的結(jié)晶度，促使了C-S-H凝膠的生成，說(shuō)明膨潤(rùn)土和玄武巖纖維的加入有利于水化反應(yīng)，也有利于水泥砂漿性能的增強(qiáng)。

圖6 混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維前后水泥砂漿的SEM照片F(xiàn)ig.6 SEM images of cement mortar before and after mixing bentonite and basalt fiber

圖7為水泥砂漿養(yǎng)護(hù)28 d的XRD譜，從圖7中可以看出,混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維的水泥砂漿與對(duì)照組水泥砂漿的水化產(chǎn)物相同，產(chǎn)物主要為C-S-H、CH、AFt和未完全反應(yīng)的C3S、SiO2、CaCO3等晶體[21]。在2θ=18.03°、34.07°、47.50°位置處探察到屬于CH對(duì)應(yīng)的特征峰，2θ=9.08°處為AFt對(duì)應(yīng)的特征峰，未完全參與反應(yīng)的C3S、SiO2、CaCO3對(duì)應(yīng)的主要特征峰分別位于2θ=31.19°、26.59°、23.04°處。加入膨潤(rùn)土和玄武巖纖維后水泥砂漿的XRD譜中無(wú)新的衍射峰出現(xiàn)，僅是晶體的衍射峰強(qiáng)度發(fā)生了變化，即水泥砂漿的水化產(chǎn)物種類(lèi)并沒(méi)有因?yàn)樘砑优驖?rùn)土和玄武巖纖維而發(fā)生改變；且隨著膨潤(rùn)土、玄武巖纖維的加入，C3S衍射峰強(qiáng)度逐漸降低，相對(duì)含量減少，CH在18.03°和34.07°位置的衍射峰及AFt的衍射峰強(qiáng)度降低，相對(duì)含量減少，說(shuō)明膨潤(rùn)土和玄武巖纖維的摻入是有利于水化反應(yīng)的。

圖7 單摻4%膨潤(rùn)土和混摻4%膨潤(rùn)土、 0.4%玄武巖纖維后水泥砂漿的XRD譜Fig.7 XRD patterns of cement mortar with 4% bentonite and mixing 4% bentonite, 0.4% basalt fiber

圖8 單摻4%膨潤(rùn)土和混摻4%膨潤(rùn)土、 0.4%玄武巖纖維后水泥砂漿的FTIR譜Fig.8 FTIR spectra of cement mortar with 4% bentonite and mixing 4% bentonite， 0.4% basalt fiber

3 結(jié) 論

1)單摻膨潤(rùn)土、單摻玄武巖纖維及二者混摻對(duì)水泥砂漿抗?jié)B性能都有影響，但單摻膨潤(rùn)土?xí)r的影響作用更顯著。單摻膨潤(rùn)土?xí)r，抗?jié)B壓力值隨著膨潤(rùn)土摻量的增加而增大，摻8%膨潤(rùn)土?xí)r，抗?jié)B壓力值最大，與對(duì)照組相比提高了72.22%。混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維時(shí)，抗?jié)B性能均在膨潤(rùn)土摻量為4%時(shí)達(dá)到峰值；最大抗?jié)B壓力值出現(xiàn)在膨潤(rùn)土摻量為4%、玄武巖纖維摻量為0.4%時(shí)，此時(shí)抗?jié)B壓力值為0.87 MPa，與對(duì)照組相比提高了61.11%，抗?jié)B等級(jí)達(dá)到P8級(jí)。

2)混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維、單摻膨潤(rùn)土以及單摻玄武巖纖維三種方式中，混摻對(duì)水泥砂漿抗裂性能的改善作用最理想，裂縫特征表現(xiàn)為“少、細(xì)、短”。膨潤(rùn)土摻量為4%、玄武巖纖維摻量為0.6%時(shí)，抗裂效果最好，裂縫降低系數(shù)可達(dá)90.59%，屬于Ⅰ級(jí)抗裂。

3)由SEM、XRD及FTIR分析可知，混摻膨潤(rùn)土和玄武巖纖維的水泥砂漿裂縫、孔洞等明顯減少，孔洞、孔隙等被有效填充，密實(shí)度增加，延緩了水泥砂漿材料裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。裂縫和孔洞被纖維連接，當(dāng)受到外部荷載時(shí)，可以起到分散、轉(zhuǎn)移荷載的作用。一些未參與水泥水化反應(yīng)的膨潤(rùn)土顆粒在基體孔隙間交錯(cuò)搭接排列，CH含量明顯減少，C-S-H凝膠含量增多，有效改善了水泥砂漿的抗?jié)B性能和抗裂性能。添加膨潤(rùn)土和玄武巖纖維后水泥砂漿的水化產(chǎn)物種類(lèi)并未發(fā)生改變，但對(duì)水化產(chǎn)物晶體的結(jié)構(gòu)及含量產(chǎn)生了影響。