钢纤维对聚合物水泥砂浆力学性能的影响

第２３卷第１期　淮海工学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕａｉｈａｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏｌ＿２３　ＮＯ．１　Ｍａｒ．２０】４　２０１４年３月　钢纤维对聚合物水泥砂浆力学性能的影响　孟　玮，邓云飞，孙　强　（南京理工大学泰州科技学院土木工程学院，江苏泰州　２２５３００）　摘　要：为了研究不同钢纤维掺加率对聚合物水泥砂浆力学性能的影响，制作了不同铜纤维掺加率　的钢纤维聚合物水泥砂浆试件，在标准养护条件下分别养护至７　ｄ及２８　ｄ，测定其抗折及抗压强　度，得出在钢纤维掺量是砂子用量的４％范围内对砂浆抗压强度显著提高有帮助的结论。　关键词：聚合物；钢纤维；抗压强度；抗折强度　中图分类号：ＴＵ５２８．５７２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—６６８５（２０１４）０１—００５０—０４　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｍｏｒｔａｒ　ＭＥＮＧ　Ｗｅｉ，ＤＥＮＧ　Ｙｕｎ—ｆｅｉ，ＳＵＮ　Ｑｉａｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｚｈｏｕ　２２５３００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｏｂｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒａｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａ１　ｐｒｏｐ—　ｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｏｒｔａｒ，ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ　ｗｅｒｅ　ｍａｄｅ　ｔｏ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｆｌｅｘｕｒａｌ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｃｕｒｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　７　ｄａｙｓ　ａｎｄ　２８　ｄａｙｓ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｒｎ－　ｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｉｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｖｏｌｕｍｅ　ｉｓ　４　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｏｌｕｍｅ　ｏｆ　ｓａｎｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｍｅｒ；ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｆｌｅｘｕｒａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　性水泥砂浆研究的帷幕。如利用丁苯乳胶、氯丁乳　１　聚合物砂浆的研究现状　２０世纪８０年代至今，关于聚合物改性砂浆的　问题一直被很多中外学者所关注和研究，国内外众　多学者对聚合物改性砂浆的认识和应用也都进行了　大量的探索性研究，并在其领域取得了丰硕的研究　成果。　胶、树脂等对水泥砂浆和混凝土进行改性。２Ｏ世纪　８Ｏ年代以来，随着对聚合物砂浆研究的成果的大量　出现，人们开始对聚合物改性水泥基材料机理方面　进行研究。　聚合物砂浆在日本早已商品化，从１９世纪７０　年代开始至今，工程应用领域已经离不开聚合物砂　浆的使用。在日本开展了大量关于聚合物在改性砂　浆过程中性能的应用和研究。与此同时，还研制了　新型的液体树脂，促进了聚合物砂浆的发展，大大地　１９２３年Ｃｒｅｓｏｎ第一个申请了聚合物改性水泥　体系的专利，１９３２年Ｂａｎｄ提出了关于人造橡胶改　性水泥砂浆和混凝土的专利申请　］。自此以后，有　更多的国家根据实际工程的需求，拉开了聚合物改　改善了材料的粘结强度。为了弥补聚合物改性砂浆　强度方面的不足，可以掺入钢纤维、碳纤维、玻璃纤　＊收稿日期：２０１３—１０－２８；修订日期：２０１３－－１１－１８　作者简介：孟玮（１９８０－－），女，江苏连云港人，南京理工大学泰州科技学院土木：Ｉ：秘学院讲师，硕士，主要从事新　建筑材料方面的研究　（Ｅ—ｍａｉｌ）ｍｅｎｇｗｅｉｊｓ＠１　６３．ＣＯｆＩ￣。　第１期　孟玮等：钢纤维对聚合物水泥砂浆力学性能的影响　维等人造纤维来改善其性能。　我国从２０世纪９Ｏ年代起开始尝试研究将聚合　物水泥砂浆应用于公路工程当中，并逐步深入研究　聚合物在砂浆改性方面的应用。例如掺人丁苯胶　乳、氯丁胶乳、天然乳胶、氯偏胶乳、丙烯酸醋共聚胶　乳等聚合物来对砂浆进行改性，并将其使用在一些　特殊的工程应用上，比如外墙防潮、喷涂、工程防漏　等方面。　利用纤维增强来改善混凝土强度的技术，现在　在国内外已经有较多相关的研究成果＿ｕ２＿３］。不少学　者研究了将纤维混凝土、高强混凝土以及自密实混　凝土３种技术融合在一起的技术，并将其成功应用　于实际工程当中。但是国内外关于用钢纤维来改善　砂浆性能的研究尚且不多。本文的目的，旨在通过　对钢纤维掺量的调整来探究其对聚合物水泥砂浆力　学性能的影响。　２试验材料及设备　２．１试验材料　试验采用无锡水泥厂生产的Ｐ．Ｏ４２．５硅酸盐　水泥，密度为３．１０　ｇ／ｃｍ。，各项指标满足ＧＢ　１７５—　２００７中的相关标准。表１所示为其主要化学成分，　表２所示为其力学性能相关指标。试验中水泥强度　不低于４２．５　ＭＰａ，水灰比不大于０．５。　表１水泥原料的化学组成　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　组成　质量分数／％　ＳｉＯ２　ＡｌｚＯｓ　Ｆｅ２Ｏｓ　Ｃａ（）　ＭｇＯ　表２水泥力学性能指标　Ｔａｂｌｅ　２　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　试验中的砂采用普通河砂。为了避免河砂中的　含水量过高影响试验的效果，提前将河砂在烤箱内　作了烘干处理，温度控制在１０５℃（土５。Ｃ），冷却。　根据《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》对河砂　进行测量，最终测得河砂的表面密度为２．６６　ｇ／　ｃｍ。，泥含量满足相关要求。试验用砂经直径为　０．００２　５　ｍ的筛子筛除，测得其细度模数Ｍｘ＝２．４。　为了制得品质稳定、使用方便和高效的聚合物　改性水泥砂浆，试验选用的聚合物为苏州中材非金　属矿工业设计研究院研制的聚合物乳液（以下简称　Ａ乳液）。　文中采用的钢纤维，表面洁净，没有锈蚀，呈分　散分布，没有粘结成团现象，平均长度为０．０４　ｍ，单　根钢纤维丝的最低抗拉强度为８００　ＭＰａ，如图１所　示。钢纤维掺入到聚合物砂浆后，在搅拌过程中，要　注意使钢纤维分布均匀，防止大量沉底。　图１钢纤维　Ｆｉｇ．１　Ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　试验使用的主要仪器如表３所示。其他仪器有　水泥凝结时间测定仪、振实台、试模、套模、下料漏　斗、圆钵、圆铲、金属刮平直尺等。　表３主要仪器　Ｔａｂｌｅ　３　Ｍａｉｎ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　２．２试件养护　试件养护按《聚合物改性水泥砂浆试验规程》　（ＤＩ　／Ｔ　５１２６—２ＯＯ１）规定进行　］。将试模放入雾室　或养护箱（温度（２０±１）℃，相对湿度大于９Ｏ　），进　行２０￣２４　ｈ的养护处理之后，将试模取出。脱模过　程中要避免损坏试件，针对硬化时间较长的水泥，可　５２　淮海工学院学报（自然科学版）　８　７６　２０１４年３月　酌情考虑延长脱模时间，并作好脱模时间的记录。　脱模后，立刻放入水槽中进行养护，水温应当保持在　（２Ｏ±１）℃，养护用水高出试件顶部５　ｍｍ左右，试　件之间的摆放距离保持在５　ｍｒｆｌ左右，养护至龄期　蚕　后即停止养护。每个养护池只养护同类型的水泥试　羹　３　件，不允许在养护期间全部换水。　３　试验结果　试验分组：在水灰比、聚灰比、灰砂比、流动度、　养护方法等保持不变的情况下，将钢纤维掺量／砂子　用量从１　变化至１Ｏ％，养护至７　ｄ及２８　ｄ龄期，研　究不同龄期下聚合物砂浆的力学性能。试验配合比　如表４所示，各龄期下砂浆力学性能变化情况如图　２至图５所示。　表４聚合物水泥砂浆配合比　Ｔａｂｌｅ　４　Ｍｏｒｔａｒ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｏｆ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｃｅｍｅｎｔ　：　７　螽　强４　羹　ｌ　０　图２　７　ｄ龄期下不同钢纤维掺量的聚合物砂浆　抗折强度影响　Ｆｉｇ．２　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　７　ｄ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｖｏｌｕｍｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｌｅｘｕｒａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｍｏｔａｒ　４０　３５　３Ｏ　蚕２２Ｏ　５　ｌ５　：　ｌＯ　０　图３　７　ｄ龄期下不同钢纤维掺量的聚合物砂浆　力学抗压强度影响　Ｆｉｇ．３　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　７　ｄ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｖｏｌｕｍｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｍｏｔａｒ　１　０图４　不同钢纤维掺量对２８　ｄ龄期下聚合物砂浆　抗折强度影响　Ｆｉｇ．４　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｖｏｌｕｍｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｌｅｘｕｒａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　２８　ｄ　ｍｏｔａｒ　７Ｏ　６０　５Ｏ　螽４ｏ　嘿３０　鬟２０　１Ｏ　Ｏ　图５不同钢纤维掺量对２８　ｄ龄期下聚合物砂浆　抗压强度影响　Ｆｉｇ．５　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｔｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｖｏｌｕｍｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　２８　ｄ　ｍｏｔａｒ　由图２和图４可得，在７　ｄ龄期和２８　ｄ龄期，随　着钢纤维掺加量的增加，聚合物砂浆的抗折强度随　之也有稳步的提高，但２８　ｄ龄期的抗折强度相对于　７　ｄ龄期的抗折强度并无明显提高。由图３及图５　可得，２８　ｄ龄期的聚合物水泥砂浆的抗压强度较７　ｄ　龄期的砂浆抗压强度有１０　左右的提高，但是随着　养护时间的继续增长，并没有较大幅度的提高。在　７　ｄ龄期和２８　ｄ龄期条件下，当钢纤维掺加量／砂用　量达到４　左右时，聚合物水泥砂浆的抗压强度分　别达到最大，而超过此值后继续增加钢纤维掺量对　抗压强度的提高并无多大贡献。　分析数据，主要原因是试件内部钢纤维的分布　具有乱向性，砂浆内部细小裂缝的扩展将会被钢纤　维阻碍，能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展　及宏观裂缝的形成，一些宏观裂缝的形成也会被钢　纤维的联结所抑制，砂浆的力学性能会得到改善。　然而，钢纤维的掺入对于砂浆力学性能的影响，也可　以类同于钢筋的配筋率对钢筋混凝土强度的影响。　超过了一定的掺加率，对于复合材料性能的改变，并　不一定一直都起到积极的作用。　第１期　盂　玮等：钢纤维对聚合物水泥砂浆力学性能的影响　５３　化技术委员会．ＪＣ／Ｔ　９８４—２Ｏ１】聚合物水泥防水砂浆　４　结论　从文中试验数据可以看出：　ｌ－ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１０．　［５３　中国水利水电科学研究院．ＤＩ　／Ｔ　５１２６－－２００１聚合物　改性水泥砂浆试验规程Ｉｓ］．北京：中国建筑工业出版　社，２００１．　（１）在７　ｄ及２８　ｄ龄期时，钢纤维掺量是砂子　用量的４％范围内，钢纤维的掺入对砂浆的抗压强　度的显著提高有帮助。超过此范围，砂浆的抗压强　［６３宋宇婷，蒋华，蔡翔，等．不同钢纤维掺加率对再生混凝　土抗压强度的影响研究［Ｊ］．四川Ｉ建材，２０１３，３９（２）：　３４－３６．　度随着钢纤维掺量的增加并无明显改善。　［７３王冲，林鸿斌，杨长辉，等．钢纤维自密实高强混凝土的　（２）在７　ｄ及２８　ｄ龄期时，钢纤维的掺人，可以　稳步提高砂浆的抗折强度。与没有掺人钢纤维的砂　浆相比，强度提高大约２３　左右。　参考文献：　［１］　ＷＡＴＥＲ　Ｄ　Ｇ．Ｐｏｌｙｍｅｒ－ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｉｘｔｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｒｅｐａｉｒ［Ｊ］．Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｐａｉｒ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，１９９５，８（５）：１８—　２１．　［２］　ＢＡＹＡＲＤ　Ｏ．ＰＬＥ　Ｏ．Ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ：ｍａｔｅｒｉａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｆｒａｃｔｕｒｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，　２００３，７０：８３９—８５１．　［３］　ＬＥＥ　Ｓ　Ｆ，ＪＡＣＯＢＥＮ　Ｓ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　ｍｉｃｒｏ－　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｅｎｅｒｇｙ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｄｅｂｏｎｄｉｎｇ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｍｏｒｔａｒ［Ｊ］．　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１１，４４：１４５１—１４６５．　Ｅ４］　中华人民共和国工业和信息化部，全国水泥制品标准　制备技术［Ｊ］．土木建筑与环境工程，２０１３，３５（２）：１２９—　１３４．　［８］董峰亮，葛树高，杨荣俊，等．聚灰比对聚合物水泥防水　涂料性能的影响［Ｊ］．云南大学学报：自然科学版，　２００２，２４（１Ａ）：１２９—１３２．　Ｉ－９］李玉海．聚合物在防水砂浆中的应用［Ｃ］．第三届（中　国）国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集，　２００８．　［１０］万瑾．聚合物改性水泥砂浆力学性能的研究［Ｊ］．山西　建筑，２０１１，３７（５）：１０５－１０７．　［１１］ＪＥＮＮＩ　Ａ，ＺＵＲＢＩＲＧＧＥＮ　Ｒ，ＨＯＩ　ＺＥＲ　Ｌ，ｅｔ　ａ１．　Ｃｈａｎｇｅｓ　ｉｎ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｐｏｌｙｍｅｒ－ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｍｏｒｔａｒｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｗｅｔ　ｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．Ｃｅ—　ｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００６，３６（１）：７９—９０．　［１２］王志伟，叶昕，李秋义．陶粒不同状态下吸水特性的试　验研究［Ｊ］．淮海工学院学报：自然科学版，２００８，１７　（４）：７３—７６．　（责任编辑：褚金红）