張延樂 孫林柱 朱亞蘭 朱順吉

(溫州大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，浙江溫州 325035)

高性能PVA 纖維砂漿的制備及性能研究

張延樂 孫林柱 朱亞蘭 朱順吉

(溫州大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，浙江溫州 325035)

為了研究高性能PVA纖維砂漿的制備及性能，通過控制纖維摻量和膨脹劑的添加設(shè)計了6組對比試驗，進行試件的抗壓強度與抗折強度的試驗，試驗結(jié)果表明，膨脹劑和PVA纖維復(fù)合的砂漿抗壓強度改變不明顯，但是抗折強度有較大幅度的提高;單摻PVA纖維及PVA纖維與膨脹劑復(fù)合，砂漿的折壓比隨纖維摻量的增加而提高。

膨脹劑，PVA纖維，抗壓強度，抗折強度，水泥砂漿

0 引言

建筑砂漿作為建筑行業(yè)不可缺少的材料，隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，砂漿的作用也越來越重要。而砂漿抗裂性能差、強度較低一直是砂漿使用過程中的弱點，影響了它在一些工程中的應(yīng)用，而纖維以其特有的性能，恰好彌補了砂漿這一弊端，再加上實際工程對高性能砂漿的需求日益突出，所以對高性能纖維砂漿的研究是非常迫切的［1，2］。

國內(nèi)外的學(xué)者對此已經(jīng)進行了一些研究，Victor C Li和Bang Yeon Lee通過添加PVA纖維研制出一種纖維增強砂漿，表明:素砂漿拉伸應(yīng)變率為0.020%，纖維砂漿拉伸應(yīng)變率達4.7%，砂漿的抗裂性能明顯增加［3］。Shaikh Faiz Uddin Ahmed和 Hirozo Mihashi測試了聚乙烯醇(PVA)纖維增強水泥基復(fù)合材料的彎曲強度，發(fā)現(xiàn):不同體積分數(shù)和長度的PVA纖維混合后對砂漿具有不同的增強效果［4］。戴建國和劉明等在砂漿中放入聚丙烯纖維，表明:聚丙烯纖維均勻、亂向地分布在砂漿中，可以有效地減少砂漿澆筑成型后的水分散失，抑制砂漿塑性收縮裂縫的產(chǎn)生，提高砂漿的抗裂性能［5］。黃俊和姜弘道等在砂漿中摻入了PVA纖維，表明:PVA纖維對砂漿抗裂強度的提高有限，但可以較大幅度的提高砂漿的韌性［6］。但是這些實驗結(jié)果依然沒有解決實際工程的問題。本試驗通過改變纖維摻量和膨脹劑的添加，研究了高性能PVA纖維的制備及性能。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

1)水泥。

采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，氯離子不大于0.06%，比表面積300 m2/kg。

2)砂子。

普通黃砂，中砂，細度模數(shù)2.3，連續(xù)級配，堆積密度1 400 kg/m3，表觀密度2 400 kg/m3。

3)硅灰。

活性二氧化硅微粉，活性指數(shù)(28 d)不小于85%～98%，平均粒徑0.10μm～0.225μm，由貴州海天鐵合金磨料有限公司生產(chǎn)。

4)粉煤灰。

溫州市某電廠篩選粉煤灰，比表面積400m2/kg，密度2.1 g/cm3。

5)減水劑。

由蘇州弗克新型建材有限公司生產(chǎn)的聚羧酸鹽減水劑(粉劑)，外觀淺黃色粉末，含固量98%，砂漿減水率不小于20%。

6)養(yǎng)護劑。

吸水樹脂，白色粉末，密度:1.117 g/m3。

7)膨脹劑。

鈣礬石類膨脹劑，7 d水中限制膨脹率0.03%。

8)PVA纖維。

日本可樂麗公司生產(chǎn)的K-ⅡPVA纖維，纖維呈束狀，其性能指標(biāo)見表1。

表1 K-ⅡPVA纖維基本性能指標(biāo)

1.2 試驗設(shè)計

綜合考慮各種材料影響，選擇水泥∶砂子∶水為2.88∶1∶0.52，考慮PVA及膨脹劑對砂漿性能的影響，設(shè)計配合比見表2。

表2 設(shè)計配合比 kg

1.3 試驗方法

1)試件尺寸。

抗壓試驗試件尺寸:10 cm×10 cm×10 cm;抗折試驗試件尺寸:4 cm×4 cm×16 cm。

2)試驗設(shè)備。

抗壓試驗:TYA-2000型電液式壓力試驗機，無錫新路達儀器設(shè)備有限公司制造，最大實驗力2 000 kN，精度等級1級。

抗折試驗:DKZ-5000型電動抗折試驗機，無錫建儀儀器機械有限公司制造。

3)試件方法。

本試驗按GJG70—90建筑砂漿基本性能試驗方法進行，設(shè)計了三種不同纖維摻量(0，1%，2%)和兩種膨脹劑摻量(0，10%)，每組中控制相同的水膠比(0.36)、粉煤灰(20%)、硅灰(10%)、減水劑(1.5%)和增強劑(0.55%)摻量，控制纖維和膨脹劑的添加，形成兩組對比試驗，編號為1～6，分別進行抗壓試驗和抗折試驗。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)上述實驗所得試驗結(jié)果見表3。

表3 試驗結(jié)果及折壓比

2.1 PVA纖維和膨脹劑復(fù)合作用下對砂漿抗壓強度的影響

PVA纖維和膨脹劑對砂漿7 d及28 d抗壓強度的影響如圖1所示。

圖1 PVA纖維和膨脹劑對砂漿抗壓強度的影響曲線

從圖1可以看出，與基準(zhǔn)砂漿相比，單摻PVA纖維和雙摻纖維和膨脹劑的砂漿7 d和28 d抗壓強度都略有降低，原因是PVA纖維的彈性模量小于砂漿的彈性模量，根據(jù)復(fù)合材料理論，與不摻纖維的砂漿相比，摻入纖維的砂漿強度有所降低。但可以明顯看出，加了膨脹劑的砂漿抗壓強度比不加膨脹劑的強度提高較多，最多的提高了17.2%。因為膨脹劑可以有效的填補砂漿凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生的裂縫，從而使砂漿更密實，強度提高。

2.2 PVA纖維和膨脹劑復(fù)合作用下對砂漿抗折強度的影響

PVA纖維和膨脹劑對砂漿7 d及28 d抗折強度的影響如圖2所示。

圖2 PVA纖維和膨脹劑對砂漿抗折強度的影響曲線

從圖2可以看出，與基準(zhǔn)砂漿相比，單摻PVA纖維和雙摻纖維和膨脹劑的砂漿7 d和28 d抗折強度都有提高，且纖維摻量在1%～2%之間時，砂漿抗折強度提高最多。7 d強度最多提高了18.5%，28 d強度最多提高了7.3%。并且可以明顯看出，加了膨脹劑的砂漿抗折強度比不加膨脹劑的強度提高較多，最多的提高了35.4%，由圖2可以看出膨脹劑在纖維砂漿中的作用非常明顯。

與基準(zhǔn)砂漿相比，PVA纖維砂漿抗壓強度有所降低，而抗折強度卻大幅度提高，原因在于砂漿內(nèi)部的細微裂縫對抗折強度影響遠大于抗壓強度。由于凝結(jié)硬化收縮產(chǎn)生的砂漿內(nèi)部微裂縫，PVA纖維阻止了這些裂縫的擴展，使裂縫數(shù)量減少且尺寸變小，降低了裂縫尖端應(yīng)力集中程度，而裂縫對抗折強度的影響遠大于抗壓強度。而不管是抗壓強度還是抗折強度，加了膨脹劑的砂漿強度均有不同幅度的提高，因為膨脹劑可以補償砂漿收縮產(chǎn)生的細小裂縫，使砂漿更密實，提高砂漿性能［7-9］。

2.3 對折壓比的影響

PVA纖維和膨脹劑對砂漿7 d及28 d折壓比的影響如圖3所示。

圖3 PVA纖維和膨脹劑對砂漿折壓比的影響曲線

由圖3可知，不管是單摻PVA纖維還是PVA纖維與膨脹劑復(fù)合的砂漿，其7 d和28 d折壓比都隨著纖維摻量的增加而提高，單摻PVA纖維的砂漿7 d折壓比提高了38.9%，28 d提高了21.6%;PVA纖維與膨脹劑混合的砂漿7 d折壓比提高了25%，28 d提高了37.9%。而折壓比可以反映砂漿脆性的高低，折壓比越大，砂漿的脆性越大，抗裂性越高［10］。

3 結(jié)語

通過以上研究可以得到如下結(jié)論:

1)膨脹劑的添加對砂漿的抗壓強度和抗折強度都有提高，膨脹劑有效地填補了砂漿凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生的裂縫，從而使砂漿更密實，性能提高;

2)PVA纖維導(dǎo)致砂漿抗壓強度略有降低，原因是PVA纖維彈性模量小于砂漿彈性模量，根據(jù)復(fù)合材料理論，與不摻纖維的砂漿相比，摻入纖維的砂漿強度有所降低;

3)PVA纖維和膨脹劑復(fù)合的砂漿抗折強度比基準(zhǔn)砂漿有較大幅度的提高，凝結(jié)硬化收縮產(chǎn)生的砂漿內(nèi)部微裂縫，PVA纖維阻止裂縫的擴展，降低裂縫尖端應(yīng)力集中程度;膨脹劑則是補償砂漿收縮產(chǎn)生的細小裂縫，使得砂漿更密實，提高砂漿性能;

4)隨著纖維摻量的增加，砂漿的折壓比逐漸提高，且早期提高比后期明顯。

［1］ 魏發(fā)駿，伊利君.硅灰—粉煤灰水泥的研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，1989(2):243-248.

［2］ 王培銘，孫振平，蔣正武.商品砂漿的研究與應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［3］ Bang Yeon Lee，Victor C Li.Strain hardening fiber reinforced alkali-activated mortar-A feasibility study［J］.Construction and Building Materials，2012，37(12):55-56.

［4］ Shaikh Faiz Uddin Ahmed，Hirozo Mihashi.Strain hardening behavior of lightweight hybrid polyvinyl alcohol(PVA)fiber reinforced cement composites［J］.Materials and Structures，2011，44(7):1179-1191.

［5］ 戴建國，劉 明，黃承逵，等.聚丙烯纖維混凝土和砂漿的塑性收縮試驗研究［J］.沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2000，16(3):195-198.

［6］ 黃 俊，姜弘道，陳 瑛，等.短纖維及混雜纖維砂漿軸向拉伸試驗研究［J］.混凝土，2006(12):31-34.

［7］ 戴建國，劉 明.聚丙烯纖維混凝土和砂漿的塑性收縮試驗研究［J］.沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報，2000，16(3):195-198.

［8］ 宣衛(wèi)紅，劉建忠，李驍春，等.聚丙烯纖維與水泥砂漿粘結(jié)性能試驗［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，31(6):726-730.

［9］ 鄧宗才.聚丙烯腈纖維對混凝土早期抗裂性能的影響［J］.公路，2003(7):163-165.

［10］ 文 婧，殷少輝，朱衛(wèi)中，等.纖維和膨脹劑對砂漿收縮開裂的影響［J］.低溫建筑技術(shù)，2013(4):11-13.

Research on manufacturing of high-performance PVA fiber mortar and its performance

Zhang Yanle Sun Linzhu Zhu Yalan Zhu Shunji

(School of Architecture and Engineering College，Wenzhou University，Wenzhou 325035，China)

In order to research themanufacturing and performance for the high-performance PVA fibermorta，the paper undertakes 6 groups of comparative tests by controlling the fiber mixing volume and addition of expansion agent，has the tests of the anti-pressure and anti-fracture strength of the trials，proves by the test results that the expansion agentand PVA fiber compositemortar has no evident changes in the anti-pressure strength，but its anti-facture strength is greatly improved，the ratio of bending strength to compressive strength is promoted with increased mixture of fiber for the singlemixture of fiber and the composite of PVA fiber and expansion agent.

expansion agent，PVA fiber，anti-pressure strength，anti-fracture strength，cementmortar

TU521

A

1009-6825(2015)29-0121-03

2015-08-05

張延樂(1991-)，男，在讀本科生; 孫林柱(1964-)，男，教授; 朱亞蘭(1991-)，女，在讀碩士;

朱順吉(1993-)，男，在讀本科生