摘 要：文章以梯度分布和均勻分布兩種方式來(lái)?yè)郊幽猃埨w維，制做高性能砂漿。對(duì)比了兩種纖維分布方式對(duì)砂漿抗裂性能的不同影響效果。研究結(jié)果表明：在砂漿中摻加尼龍纖維可以明顯提高水泥砂漿的抗沖擊性能、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，且尼龍纖維摻量越大，水泥砂漿試塊的初裂和終裂沖擊次數(shù)也越大。采用相同體積摻量的尼龍纖維，尼龍纖維梯度分布與均勻分布相比，更好的增大了水泥砂漿的抗沖擊性能、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，提高了材料的塑性變形，這為改善水泥基材料的脆性提供了一個(gè)有效的方法。

關(guān)鍵詞：砂漿；尼龍纖維；梯度分布；均勻分布；抗裂性能

水泥砂漿有良好的施工性，但是存在抗裂性能差，若構(gòu)件中存在大量的干縮裂紋和溫差裂紋，這些裂紋隨之間變化，終究會(huì)發(fā)展成大裂縫，從而影響砂漿的性能，在預(yù)拌砂漿中加入尼龍纖維能提高砂漿的抗裂性能。文章通過(guò)在水泥砂漿中摻加一定量的尼龍纖維，將其結(jié)構(gòu)按照使用環(huán)境的需求呈梯度分布，探索梯度結(jié)構(gòu)對(duì)水泥砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度和抗沖擊性能的影響，使尼龍纖維增強(qiáng)的水泥砂漿可以用在某些特殊的領(lǐng)域。

1 試驗(yàn)研究概況

1.1 原材料

本試驗(yàn)選用42.5普通硅酸鹽水泥，標(biāo)準(zhǔn)砂，和長(zhǎng)8mm尼龍纖維。

1.2 性能測(cè)試方法

本試驗(yàn)試件尺寸為40×40×160mm，各組試樣成型完畢后，均采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，24h后拆模，再放入室溫為20±2℃的水中養(yǎng)護(hù)到規(guī)定天數(shù)，按以下所列方式測(cè)試其力學(xué)性能。

抗折試驗(yàn)在KZJ-6電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，4層梯度分布試樣的梯度方向?yàn)榇怪笔芰Ψ较?，即?、2層在受拉區(qū)，第3、4層在受壓區(qū)，使富纖維層在受拉區(qū)，如圖1所示。

用做完抗折試驗(yàn)后得到的半塊試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)定，抗壓試驗(yàn)采用YE-30液壓式壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)時(shí)將試樣放在抗壓夾具內(nèi)，普通試樣的成型面應(yīng)與受壓面垂直，纖維梯度分布的試樣成型面應(yīng)與受壓面平行，即梯度方向?yàn)榇怪笔芰Ψ较?，受壓面積為40mm×40mm。將抗壓夾具連同試樣置于抗壓實(shí)驗(yàn)機(jī)上、下臺(tái)面之間，下臺(tái)板球軸應(yīng)通過(guò)試件受壓面中心。開(kāi)動(dòng)機(jī)器，使試件在加荷開(kāi)始后20～40秒內(nèi)破壞。記錄每個(gè)試件的破壞荷載P，抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算：

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 纖維最佳摻量的確定

本試驗(yàn)中膠砂比取1：2.5，水灰比為0.44，摻加0.8%的萘系高效減水劑。首先確定尼龍纖維摻量最佳摻量，對(duì)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和材料性能，尼龍纖維摻量取0～2.0kg·m-3，抗折、抗壓性能指標(biāo)隨摻量變化如表1～2。

從表1中可以看出7天和28天齡期的尼龍纖維砂漿的抗折強(qiáng)度隨纖維摻量的變化均表現(xiàn)出相同的規(guī)律：即均先隨纖維摻量的增大而提高；在纖維摻量達(dá)到某個(gè)數(shù)值——最佳摻量時(shí)，抗折強(qiáng)度卻隨摻量的增大而降低，表現(xiàn)為負(fù)增強(qiáng)效應(yīng)。本試驗(yàn)條件下，尼龍纖維的最佳摻量約為1.0 kg·m-3，在此摻量下7天和28天齡期的抗折強(qiáng)度分別比空白試樣增長(zhǎng)了23.93%、8.68%。3天時(shí)水泥水化程度不同，所以水泥砂漿3天抗折強(qiáng)度沒(méi)有明顯規(guī)律可循。

從表2中可以看出尼龍纖維砂漿的3天、7天和28天抗壓強(qiáng)度隨纖維摻量的變化均表現(xiàn)出相同的規(guī)律：即均先隨纖維摻量的增大而降低，表現(xiàn)為負(fù)增強(qiáng)效應(yīng)，在纖維摻量達(dá)到某個(gè)數(shù)值時(shí)，負(fù)增強(qiáng)效應(yīng)變大，本試驗(yàn)條件下，尼龍纖維摻量大于1.0 kg·m-3時(shí)，負(fù)增強(qiáng)效應(yīng)顯著，在此摻量下3天、7天和28天齡期的抗壓強(qiáng)度分別是空白試樣的99.57%、99.61%和89.04%。

2.2 纖維梯度分布試樣的制備及性能分析

尼龍纖維梯度分布試樣的制備：在空白試樣配比基礎(chǔ)上外加尼龍纖維，纖維總摻量為1.0kg/m3，各層摻量為：第1層為水泥質(zhì)量的2kg/m3，第2層為1.5kg/m3，第3層為0.5 kg/m3，第4層為0。試件制作時(shí)，將已拌好的4份砂漿依次注入模具，各層澆注時(shí)間間隔不能超過(guò)30 s，注入每層料漿后振動(dòng)7s，最后振動(dòng)20s，在此過(guò)程中，各層間組分相互滲透、擴(kuò)散形成梯度分布。

取不含纖維的空白試樣，均勻摻加1.0kg/m3尼龍纖維的試樣和尼龍纖維梯度分布試樣的抗折、抗壓強(qiáng)度，抗沖擊性能列于表1。

從表3可知，與空白試樣1#相比，摻入尼龍纖維的2#、3#兩組抗折強(qiáng)度明顯地增大。均勻摻加1.0kg/m3尼龍纖維的2#試樣能使砂漿抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)5.69%，而同等摻量時(shí)尼龍纖維梯度分布的3#試樣抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)了9.99%，3#試樣比2#試樣增長(zhǎng)率高，因此纖維梯度分布比均勻分布對(duì)抗折強(qiáng)度的增強(qiáng)效果更好一些。尼龍纖維梯度分布時(shí)抗壓強(qiáng)度的下降程度比均勻分布的明顯，下降了29.76%，分析其原因可能是成型面不平整，以及內(nèi)部各層間界面結(jié)合不良造成的。

3#試樣的沖擊延性指標(biāo)最大，說(shuō)明該試樣在受沖擊變形時(shí)保持的強(qiáng)度并且不產(chǎn)生破裂的能力最大，即試樣從屈服到破壞之間的變形能力最大。從試驗(yàn)結(jié)果得知，纖維的摻入大幅度地提高了水泥砂漿的初裂、終裂沖擊次數(shù)和沖擊延性。相比較而言，尼龍纖維摻入水泥砂漿時(shí)梯度分布比均勻分布能更顯著地提高砂漿的沖擊延性。原因是：在相同摻量時(shí)，梯度分布的試樣受力面比均勻分布的試樣含有更多的纖維，如圖2所示。尼龍纖維的分散性和方向性好，纖維在砂漿的方向與裂縫垂直，能最大發(fā)揮纖維的阻裂效應(yīng)從纖維在抗沖擊過(guò)程中的能耗機(jī)理分析。

根據(jù)復(fù)合材料力學(xué)理論，纖維不僅能夠轉(zhuǎn)移荷載，還能與基體界面粘合，當(dāng)沿著纖維方向承受拉力時(shí)，外力通過(guò)基體傳遞給纖維，使纖維砂漿復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和沖擊延性有所提高，從而改善水泥基材料的性能。本試驗(yàn)中，在相同纖維含量下，纖維的梯度分布，明顯地增加了受拉區(qū)的纖維含量，在承受最大拉應(yīng)力部位，梯度分布的纖維含量是均勻分布的2倍。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）尼龍纖維的摻入可以明顯提高水泥砂漿的抗沖擊性能、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，且尼龍纖維摻量越大，水泥砂漿試塊的初裂和終裂沖擊次數(shù)也越大。

（2）采用相同體積摻量的尼龍纖維，尼龍纖維梯度分布與均勻分布相比，更好的增大了水泥砂漿的抗沖擊性能、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，提高了材料的塑性變形，這為改善水泥基材料的脆性提供了一個(gè)有效的方法。

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