纤维掺量对水泥砂浆早期塑性抗收缩开裂性能影响研究_林志芬.pdf

114建筑科技2023 年 第 3 期建筑材料Building Material纤维掺量对水泥砂浆早期塑性抗收缩开裂性能影响研究Study on the Effect of Fiber Admixture on the Early Plastic Shrinkage Cracking Resistance of Cement Mortar林志芬（上海心圆房地产开发有限公司,上海 200120）摘要：使用一定量的纤维能提高水泥基材料的抗裂性能。通过研究不同纤维掺量对水泥砂浆的拌合物性能（稠度、保水率）、拉伸黏结强度、抗压强度和抗开裂性能的影响,得出结论：随着纤维掺量的增加,水泥砂浆的稠度随之减小,保水率变化较小,拉伸黏结强度先增大后减小,抗压强度呈下降趋势,早期塑性抗收缩开裂性能逐渐提高。关键词：纤维;水泥砂浆;抗裂性能;拌合物;黏结强度;抗压强度中图分类号：TU58+1.2 文献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）03-0114-030引言在建筑工程中,水泥砂浆是最常用的建筑材料。完成施工之后,水泥砂浆会因失水而出现收缩现象,导致其内部出现拉应力,这种应力会使其抗拉强度降到最低,从而造成一定的裂纹。随着外界的温度升高、湿度降低,空气的流动加快,水分的蒸发加剧,这将导致塑性变形问题更加突出,进而降低其防水、抗裂、抗渗、耐久等特性。为了改善水泥砂浆的早期塑性抗收缩开裂性能,进行相关的研究显得尤为重要。为了减少水泥砂浆的塑性收缩裂缝,国内大多采用掺入纤维（如聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维等）方法。张丽辉1等研究发现,掺入PP纤维能有效提高砂浆的塑性抗开裂能力,开裂面积、最大裂缝宽度、平均裂缝宽度均降低40%以上。康秋波2研究发现,聚丙烯纤维、玄武岩纤维能有效延迟水泥砂浆的开裂时间和裂缝的扩展,裂缝宽度和开裂面积变小。何健辉3研究发现,掺入玻璃纤维可有效防止水泥砂浆收缩开裂,随着纤维掺量和长度的增加,开裂总面积不断减小,抗开裂性能比不断增大。研究人员正在密切关注如何通过使用纤维来提高水泥基材料的抗裂性能。本文将探讨聚丙烯纤维掺量是如何改善水泥砂浆的稠度和保水率,以及拉伸黏结强度、抗压强度、早期塑性抗收缩开裂性能。1原材料及试验方法1.1原材料水泥为上海金山南方PO 42.5水泥,其基本性能如表1所示。骨料为中砂,颗粒级配及细度模数为2.2,含泥量为0.7%。聚丙烯纤维的基本性能如表2所示。表1水泥物理性能标准稠度用水量凝结时间/min抗压强度/MPa抗折强度/MPa初凝终凝3 d28 d3 d28 d27.4%19321335.059.36.69.8表2聚丙烯纤维基本性能纤维长度/mm密度/kgm-3纤维直径/m抗拉强度/MPa断裂伸长率/%杨氏模量/GPa60.9131300303.5纤维在水泥砂浆中的体积掺量分别为0、0.025%、0.050%、0.075%、0.100%,试样编号分别记为1#5#。1.2试验方法采用JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法中115建筑科技2023 年 第 3 期建筑材料Building Material的试验方法,测定了抗裂砂浆的稠度、保水率、湿密度及抗压强度。根据JC/T 951-2005水泥砂浆抗裂性能试验方法中的有关测试方法,对水泥砂浆的早期塑性抗收缩开裂性能进行了测试。2试验结果与分析2.1纤维掺量对水泥砂浆拌合物性能的影响如图1所示,可以观察到水泥砂浆的稠度和保水率的变化。当纤维掺量从0增加到0.025%、0.050%、0.075%、0.100%时,水泥砂浆的稠度显著降低,而保水率则保持在较高水平,其降低幅度分别为0、2.17%、4.35%、7.61%。图 1纤维掺量对水泥砂浆稠度、保水率的影响（a）稠度（b）保水率纤维在水泥砂浆中的均匀、乱向的排列,对浆体的流动有一定的阻滞作用,降低了浆体的稠度。低纤维掺量时,其对稠度的影响不大。伴随着纤维掺量的增加,其所占比例愈大,纤维间距愈小,其摩擦力愈大,继而使得黏稠度愈低。结果表明,掺加不同比例的纤维后,其对水泥砂浆拌合物的增稠效果是不同的,且随纤维掺量的增加,这种增稠效果更为显著。2.2纤维掺量对水泥砂浆拉伸黏结强度的影响如图2所示,当纤维掺量从0上升到0.025%、0.050%、0.075%和0.100%时,水泥砂浆的拉伸黏结强度会先上升,然后又会下降。当掺量为0.025%和0.050%时,黏结强度会比未掺加纤维的配方提高7.14%和17.86%,而当掺量为0.075%和0.100%时,黏结强度会比未掺加纤维的配方下降7.14%和21.43%。图2纤维掺量对水泥砂浆拉伸黏结强度的影响通过添加合理掺量的纤维,可以在水泥砂浆基体中建立三维网状结构,从而防止水分的渗漏,极大促进水泥的充分水化,从而提升其固化后的黏合力;同时,添加合理掺量的纤维可以改善砂浆的柔韧性,使得水泥砂浆与基材界面过渡区的刚性减小,减少了界面之间的滑移应力,在很大程度上改善了砂浆与基材之间的黏结效果。当纤维掺量过大后,容易在水泥砂浆内部产生团聚,成为水泥砂浆内部的薄弱区,反而对黏结强度有不利影响。2.3纤维掺量对水泥砂浆抗压强度的影响由图3可知,随着纤维掺量从0升高到0.025%、0.050%、0.075%、0.100%,水泥砂浆的7 d和28 d龄期的抗压能力显著下降,其中7 d龄期的下降率分别为9.32%、21.19%、27.97%、32.20%、28 d龄期的下降率则达到4.22%、12.68%、20.42%、28.17%。结果表明,纤维的掺入影响水泥水化结构的密实度,不利于水泥砂浆早期强度的提高;随着水化时间的延长,纤维对水泥砂浆的强度影响减弱;当纤维掺入量过大,由于在水泥石内部产生团聚,导致其抗压强度进一步降低。116建筑科技2023 年 第 3 期建筑材料Building Material2.4纤维素醚对水泥砂浆早期塑性抗收缩开裂性能的影响由图 4可知,当纤维掺量由0增加至0.025、0.050、0.075、0.100,水泥砂浆的开裂指数呈现逐渐减小的趋势,降低幅度分别为14.73%、78.17%、100%、100%。图4纤维掺量对水泥砂浆开裂指数的影响纤维改善砂浆抗塑性开裂性能的原因如下：在水泥砂浆中,纤维以三维乱向分布,可以构成不均匀的支撑系统,对骨料有很好的支撑作用,可以有效地防止因浆料离析而引起的沉降裂缝;纤维引入空气后,气泡数目增多,毛细管负压下降,从而减少了塑性收缩开裂;在砂浆中加入纤维后,可使砂浆中所受的各类拉应力得到分散和抵消,从而在某种程度上提高砂浆的抵抗塑性收缩开裂性能。添加的纤维越多时,每立方米的水泥砂浆就会含有越多的纤维,会导致水泥砂浆的体积分数提高,并且会使得纤维之间的空隙变得越来越小。上述情况能够形成一个三维的网状结构,从而更容易防止裂缝的产生与扩大,更好地发挥阻裂效果。3结语通过研究不同纤维掺量对水泥砂浆的拌合物性能（稠度、保水率）、拉伸黏结强度、抗压强度、早期塑性抗收缩开裂性能的影响,可以得出以下结论。（1）添加适当比例的纤维可以有效地提高水泥砂浆拌合物的稠度,而且当添加的纤维数量增多时,稠度的效果会更为突出。（2）添加合理掺量的纤维可以显著地改善砂浆与基材之间的黏合性能,但是如果添加的数量过多,就可能对水泥砂浆内部产生消极影响,如影响水泥砂浆的黏结强度。（3）添加了纤维的水泥砂浆会导致基础结构的破坏,并且会对其抗压能力产生负面的影响。随着添加的纤维数目的增多,水泥砂浆的抗压能力会下降。（4）在水泥砂浆中,纤维呈三维乱向分布,对骨料具有较好的支撑作用,并能有效地防止砂浆的塑性收缩开裂,且这种效果随着纤维掺量的增大而不断加强。参考文献：1 张丽辉,刘建忠,阳知乾,等.不同截面形状PP纤维对砂浆抗塑性开裂的影响及机理J.东南大学学报(自然科学版),2016,46(1):160-164.2 康秋波,方永浩,邓红芬.玄武岩/聚丙烯纤维水泥砂浆的力学性能与抗裂性J.材料导报,2011,25(12):122-126.3 何健辉,程从密,张亚芳,等.玻璃纤维参数对水泥砂浆减裂效果的影响J.混凝土,2020(10):118-120,160.收稿日期：2023-04-23作者简介：林志芬,硕士研究生,高级工程师,主要从事征收安置房项目的项目管理工作,现供职于上海心圆房地产开发有限公司。通信地址：上海市浦东新区川图路33号5栋。图 3纤维掺量对水泥砂浆抗压强度的影响（a）7 d抗压强度（b）28 d抗压强度