周 穎，胡春華

(湖北工業(yè)大學土木建筑與環(huán)境學院， 湖北 武漢 430068)

隨著單摻纖維增強水泥基復(fù)合材料的研究應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)單摻纖維對水泥復(fù)合材料的增強增韌效果是有局限性的[1]。而混雜纖維水泥基復(fù)合材料能使纖維發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，獲得具有不同纖維優(yōu)勢的新型復(fù)合材料，因此受到越來越多人的青睞。目前國內(nèi)外學者對以鋼纖維和PVA纖維進行混雜的研究居多[2-3]，但是鋼纖維成本較高，易腐蝕，且因密度大振搗澆筑時易下沉導致分布不均勻等問題。而玄武巖纖維是一種由天然火山巖生產(chǎn)，原材料利用率高，成本低廉的環(huán)保纖維。玄武巖纖維的摻入能夠提高水泥基復(fù)合材料的抗折抗拉強度，增強構(gòu)件的抗沖擊性能[4-5]；還能改善基材的耐久性[6-7]，并且與砂漿有良好的相容性[8]。胡星宇[9]研究得出纖維摻量是影響強度和韌性的主要因素；于海洋[10]等通過改變玄武巖纖維摻量，對PB-SHCC材料彎曲性能進行了研究，并對韌性做出評價，這對研究PVA-玄武巖纖維的研究應(yīng)用打下基礎(chǔ)。因此，本文通過試驗探究PVA纖維和玄武巖纖維以分別單摻和不同摻量比混摻對水泥砂漿流動性、強度、韌性和干縮性能的影響，從而得出最佳混摻纖維配比。

1 試驗

1.1 試驗材料

1)本試驗所用P.O42.5級硅酸鹽水泥由湖北某建材有限公司生產(chǎn)，其化學組成如表1所示。

2)標準砂由廈門某標準砂有限公司按照GB/T 17671-1999生產(chǎn)的標準砂。

3)相關(guān)性能參數(shù)見表2。

表1 普通硅酸鹽水泥的化學組成 %

表2 相關(guān)性能參數(shù)

4)減水劑

本試驗所用減水劑來自鄧州市某有限公司生產(chǎn)的萘系高效減水劑，減水率≥14%。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計包括有不摻加纖維的水泥砂漿試樣S0、單摻0.5%體積摻量PVA纖維的水泥砂漿試樣S1、同等體積摻量下單摻玄武巖纖維水泥砂漿試樣S2以及以總體積摻量不變，以不同比例混摻的增強水泥砂漿試樣S3～S9。水泥砂漿試樣的配比如表4所示。減水劑摻量為水泥質(zhì)量的0.7%。表3的試樣S3～S9數(shù)據(jù)顯示混摻水泥砂漿中PVA纖維與玄武巖纖維體積之比為3∶1、2∶1、3∶2、1∶1、2∶3、1∶2、1∶3。

表3 纖維增強水泥砂漿配合比

1.3 試驗方法

將稱量好的水泥、標準砂、減水劑等干料放入攪拌鍋低速干拌兩分鐘，在攪拌的同時將事先稱好的纖維一點點摻入攪拌鍋，讓纖維在其中混合均勻。之后再將稱好的水加入攪拌鍋中，再換高速攪拌兩分鐘即可，最后澆筑成40 mm×40 mm×160 mm規(guī)格的試塊，按規(guī)范進行養(yǎng)護成型。按《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》JGJ/T 70-2009規(guī)范測定砂漿稠度和干燥收縮，其他成型試件通過微機伺服抗折抗壓試驗機測試強度。

2 結(jié)果與討論

2.1 混摻纖維對水泥砂漿流動性的影響

通過圖1，可得在固定纖維體積摻量不變的條件下，單摻纖維的稠度值對比情況是：S2

圖 1 不同混摻類型對稠度值的影響

2.2 混摻纖維對水泥砂漿力學性能的影響

分別單摻纖維和同等摻量下以不同比例混摻纖維的水泥砂漿7 d和28 d的強度試驗結(jié)果分別見圖2和圖3。折壓比結(jié)果見圖4。

1)通過圖2可知，單摻PVA纖維的水泥砂漿試樣S1與空白組S0相比較，7 d、28 d抗折強度分別提高了14.84%、19.85%，單摻BF纖維的水泥砂漿試樣S2與空白組試樣S0相比較，7 d、28 d抗折強度分別提高了8.73%、7.91%。而在混摻纖維試驗組中，當混摻纖維比例是V(PVA)∶V(BF)≥1∶1時，即試塊S3～S6組混摻，隨著PVA纖維體積摻量的減小，BF纖維體積摻量增加，7 d齡期試塊的抗折強度基本呈現(xiàn)上升趨勢，28 d齡期時試塊的抗折強度呈現(xiàn)下降趨勢。但是相較于空白組，7 d和28 d抗折強度都有提高；而對比單摻纖維時，兩種纖維的混雜水泥砂漿抗折強度介于單摻PVA纖維和單摻玄武巖纖維的試塊之間。當混摻纖維比例是V(PVA)∶V(BF)<1∶1時，即試塊S7～S9組混摻，隨著PVA纖維體積摻量增大，BF纖維體積摻量減小，試塊的7 d和28 d抗折強度呈現(xiàn)降低趨勢。其中，S7試塊的28 d抗折強度相比空白組增加最多為27.61%。

圖 2 不同混摻類型對抗折強度影響

2)通過圖3可知，單摻PVA纖維水泥砂漿7 d、28 d抗壓強度相比不摻加纖維的水泥砂漿分別提高了7.39%、6.61%；單摻BF纖維的水泥砂漿試樣S2的7 d、28 d抗壓強度相較于不摻加纖維的水泥砂漿分別提高了2.13%、10.88%。單摻PVA能穩(wěn)定增強砂漿的抗壓強度；而單摻BF纖維水泥砂漿在前期強度提高不顯著，但是后期強度能顯著提高。在七組不同比例混摻的試塊中，S5和S7組的28 d抗壓強度最佳，相較于空白組S0，分別提高了15.07%和15.04%；而其他組的抗壓強度雖然也比空白組稍微增大，但是相較于單摻PVA纖維時的要偏低。并且發(fā)現(xiàn)單摻玄武巖纖維對水泥砂漿前期抗壓強度的影響不大，但是當兩種纖維以適當?shù)谋壤鞊綍r，就可以顯著提高抗壓強度，而且后期強度增大更為明顯，這可能是因為玄武巖纖維摻量過高，吸附了部分水影響了早期的水泥水化反應(yīng)，從而影響了早期的強度。

圖 3 不同混摻類型對抗壓強度影響

3)通過圖4可知，7組不同比例混摻纖維的水泥砂漿試樣S3～S9折壓比相較空白組都有提升，相較于單摻PVA纖維提高不顯著。在混摻纖維中，當V(PVA)∶V(BF)≥1∶1時，即S3～S6組試塊7 d折壓比逐漸上升，而28 d折壓比逐漸下降；當V(PVA)∶V(BF)<1∶1時，7 d和28 d水泥砂漿試塊折壓比是先上升再下降的趨勢，7 d齡期時的折壓比比28 d時的大。其中，S7試塊組的28 d時的折壓比最高，相較于空白組提高了21.10%。一般說來折壓比能夠反映砂漿的韌性，砂漿折壓比越大其韌性也就越好，抗彎拉強度越高，抗開裂性能越強[11]。因此，摻加適量的兩種纖維到水泥砂漿中，能增強砂漿的強度以及韌性，提高砂漿的抗裂性。

圖 4 不同混摻類型折壓比結(jié)果

2.3 混摻纖維對水泥砂漿干燥收縮性能的影響

根據(jù)圖5可以明顯看出：整個收縮應(yīng)變曲線的收縮發(fā)展主要發(fā)生在前28 d，在28 d之后收縮發(fā)展趨勢趨于平緩。單摻纖維或者混摻纖維都能夠明顯改善收縮應(yīng)變，減小砂漿因干燥收縮而導致的裂縫。在單摻纖維時，水泥砂漿的抗干縮性能結(jié)果比較是S2>S1>S0。單摻玄武巖纖維的水泥砂漿抗干縮能力之所以比單摻PVA時強，是因為在同等摻量下，短的玄武巖纖維相比長的PVA纖維更易于均勻分散到水泥基體中，從而減少內(nèi)部水分散失的通道，降低內(nèi)部毛細孔中的收縮應(yīng)力。而在7組混摻纖維的試驗中，各組對應(yīng)齡期的干縮應(yīng)變值，對比相同齡期下的單摻纖維的干縮應(yīng)變有明顯減?。徊煌祀s比例的纖維水泥砂漿之間的干縮應(yīng)變值之間也存在著一些差異。相對來說，S7試驗組在各齡期的收縮應(yīng)變值最小，也就是說此時砂漿的抗裂性能最好。干燥收縮會使砂漿產(chǎn)生大量裂縫的原因是，水泥基材料硬化后，砂漿內(nèi)部產(chǎn)生的各種拉應(yīng)力超過了抗拉強度[12]。所以砂漿中摻入適量的兩種纖維，使其均勻分散在水泥基材中，能減少水泥砂漿內(nèi)部因干燥收縮產(chǎn)生的各種拉應(yīng)力，從而減少裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，發(fā)揮出有效的阻裂作用。

圖 5 不同混摻類型對干縮應(yīng)變的影響

3 結(jié)論

綜合上述對比單摻纖維以及按不同比例混摻纖維對水泥砂漿流動性、強度、韌性以及干燥收縮性試驗結(jié)果分析，可以得出以下幾點結(jié)論：

1)混摻纖維對水泥砂漿的流動性發(fā)熱影響基本介于單摻PVA纖維和單摻玄武巖纖維之間，增強了砂漿的保水性，避免砂漿發(fā)生泌水現(xiàn)象。

2)混摻纖維能夠獲得比單摻纖維更好的效果，且后期強度增大更為顯著，并能有效增強水泥砂漿的韌性，當PVA纖維與BF纖維的體積摻量之比為2∶3時，增強效果最佳。

3)混摻纖維可以進一步提高水泥砂漿的抗干縮性能，從而提高水泥砂漿的抗裂性能，減少裂縫的產(chǎn)生，當PVA纖維與BF纖維體積摻量之比為2∶3時，整體抗干縮效果最佳。