聚合物改性抗裂砂漿的試驗(yàn)

趙麗杰 李崇智 吳昊

摘要：研究了復(fù)摻兩種不同的纖維和聚合物膠粉對(duì)聚合物砂漿抗裂性的改性效果，并對(duì)其抗裂改性機(jī)理進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)表明，隨著木質(zhì)纖維、聚丙烯纖維以及膠粉三者摻量的增加，壓折比分別降低了13.36%、15.20%和27.52%。當(dāng)三者共同作用時(shí)抗折強(qiáng)度提高了25.93%，壓折比降低了52.94%，且抗折強(qiáng)度最高時(shí)壓折比最低，顯著地改善了砂漿的抗裂性。

關(guān)鍵詞：聚合物砂漿；膠粉；纖維；抗裂性

在外墻外保溫系統(tǒng)中，聚合物砂漿是一個(gè)核心問(wèn)題，如何使聚合物砂漿在抗開(kāi)裂性方面具有更加優(yōu)異的性能，以達(dá)到好的柔韌性和耐久性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)在材料中摻加纖維和聚合物等材料可以改善砂漿的抗開(kāi)裂性，尤其是砂漿的力學(xué)性能和耐久性能改善更加明顯?？v觀目前已有的研究，較少有復(fù)摻兩種不同的纖維與聚合物膠粉共同作用對(duì)防治水泥砂漿開(kāi)裂的報(bào)道。因此，本文研究了正交實(shí)驗(yàn)條件下聚丙烯纖維、木質(zhì)纖維和聚合物膠粉同時(shí)摻入對(duì)砂漿抗開(kāi)裂性的作用效果，并對(duì)其改性抗裂機(jī)理進(jìn)行了分析。

1 原材料及實(shí)驗(yàn)方法

1.1原材料（1）水泥：北京金隅公司生產(chǎn)的P.O.425#水泥；（2）砂：天然砂；（3）VAE:瓦克公司5044膠粉；（4）纖維：聚丙烯纖維和木質(zhì)纖維；（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)同時(shí)摻加MC、重鈣以及其他功能性添加劑。

1.2正交試驗(yàn)。為了研究聚合物改性砂漿抗裂機(jī)理，設(shè)計(jì)了三因素三水平正交試驗(yàn)（見(jiàn)表1），考察膠粉，木質(zhì)纖維以及聚丙烯纖維對(duì)砂漿性能的影響。

表1 影響因素水平表

因素 （VAE） （木質(zhì)纖維） （聚丙烯纖維）

水平1

水平2

水平3 2%

2.5%

3% 0.3%

0.35%

0.4% 0.3%

0.6%

0.9%

2 結(jié)果與分析

表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

組別 14d抗折強(qiáng)度(MPa) 28d抗折強(qiáng)度

(MPa) 14d抗壓強(qiáng)度(MPa) 28d抗壓強(qiáng)度

(MPa) 14d壓折比 28d壓折比

E1 2.82 3.93 10.55 13.45 3.74 3.42

E2 2.85 4.39 8.03 12.33 2.82 2.81

E3 2.72 3.87 8.51 11.82 3.13 3.05

E4 2.91 4.65 7.32 12.90 2.52 2.77

E5 3.42 5.26 6.06 10.76 1.77 2.05

E6 3.40 4.08 8.03 9.23 2.36 2.26

E7 2.63 3.74 7.74 9.32 2.94 2.49

E8 3.12 4.21 7.72 8.19 2.47 1.95

E9 3.33 4.60 8.36 9.43 2.51 2.05

2.1 木質(zhì)纖維對(duì)聚合物砂漿抗裂性的改善作用。隨著摻量增加，14天抗壓強(qiáng)度先降再升，28天抗壓強(qiáng)度則逐漸升高；抗折強(qiáng)度14天與28天先增再降，均低于不摻纖維的；壓折比14與28天下降分別達(dá)到了9.51%和13.36%，說(shuō)明纖維摻量上存在一個(gè)最佳值（圖1）。由表3、4可知，木質(zhì)纖維對(duì)于砂漿壓折比的影響顯著。由于木質(zhì)纖維加入砂漿中后，容易分散形成三維空間結(jié)構(gòu)，在一定程度上降低了水泥材料的脆性，致使砂漿試件發(fā)生斷裂時(shí)的變形有所增大，從而使砂漿的抗裂性得到了提高。但并不是纖維的摻量越多提高幅度就越大，因?yàn)槔w維摻量多了將導(dǎo)致纖維分散不均勻，容易相互纏繞而使孔隙加大、干縮增加。

圖1抗折強(qiáng)度及壓折比與各因子相關(guān)性

2.2聚丙烯纖維對(duì)聚合物砂漿抗裂性的作用分析。隨著摻量增加，抗壓強(qiáng)度14天時(shí)先降后升，28天則持續(xù)降低；抗折強(qiáng)度14天和28天的升高幅度最高達(dá)到了7.95%和11.42%；壓折比為先降后升，其最大降幅分別達(dá)14.98%和15.20%（圖1）。分析認(rèn)為當(dāng)砂漿中加入極少量的纖維時(shí)，因纖維需要大量的水泥漿體來(lái)包裹，導(dǎo)致漿體含量相對(duì)減小，破壞時(shí)則表現(xiàn)出強(qiáng)度變小；另一方面當(dāng)復(fù)合基體受壓時(shí)，由于纖維摻量小而起不到剛性支撐的作用，隨著摻量的增加，亂向分布的纖維有利于防止裂隙的產(chǎn)生，同時(shí)在裂隙產(chǎn)生后，開(kāi)裂面的荷載便全部施加到橫跨裂紋的纖維上，通過(guò)纖維與基材的界面黏結(jié)，又將此荷載傳遞到裂紋兩側(cè)的水泥基材上，達(dá)到破壞時(shí)又產(chǎn)生新的裂紋，這樣逐次傳遞最終使砂漿的強(qiáng)度有所增加。纖維的加入就像在砂漿中摻入了巨大數(shù)量的纖維筋，抑制了砂漿的開(kāi)裂進(jìn)程，提高了抗裂性。

2.3 膠粉對(duì)聚合物砂漿的改性抗裂作用。隨著摻量的增加，砂漿的抗壓強(qiáng)度在14天與28天均持續(xù)降低，而抗折強(qiáng)度逐漸增高，14天與28天的增高分別為15.59%和23.17%，壓折比則分別下降了27.11%和27.52%（圖1），說(shuō)明膠粉能夠顯著改善砂漿的抗裂性。表3、4的方差分析得到膠粉對(duì)于壓折比的影響非常顯著。分析認(rèn)為，聚合物膠粉遇水后，膠粉顆粒以布朗運(yùn)動(dòng)的方式在水中分散而形成乳液，因水化自干燥或水分蒸發(fā)使其膠粉顆粒相互靠近，逐漸凝聚而形成乳膠膜。此類(lèi)膜是一種凝聚結(jié)構(gòu)，能使細(xì)骨料和水泥漿體界面上的微裂紋減少，填補(bǔ)了水泥石中的缺陷及孔隙，聚合物膜的彈性模量比砂漿低，膜層具有較強(qiáng)的變形能力，故其脆性降低，抗裂性得到提高。

表314天壓折比方差分析表

方差來(lái)源 偏差平方和S 自由度f(wàn) 方差V F值 F（0。05）臨界值 顯著性

膠粉 1.16 2 0.58 173.00 19.00 *

木質(zhì)纖維 0.30 2 0.15 45.25 19.00 *

聚丙烯纖維 0.32 2 0.16 47.29 19.00 *

誤差e 0.01 2 0.00

T 2.47 8

表428天壓折比方差分析表

方差來(lái)源 偏差平方和S 自由度f(wàn) 方差V F值 F（0。05）臨界值 顯著性

膠粉 0.94 2 0.47 75.93 19.00 *

木質(zhì)纖維 0.33 2 0.17 26.88 19.00 *

聚丙烯纖維 0.27 2 0.14 21.98 19.00 *

誤差e 0.01 2 0.01

T 2.09 8

2.4纖維與膠粉共同作用改善抗裂性分析。纖維與膠粉共同作用時(shí)，抗折強(qiáng)度14天提高了25.93%，28天提高了40.64%，壓折比14天降低了52.94%，28天降低了40.23%，并且抗折強(qiáng)度最高時(shí)其壓折比降到了最低，可見(jiàn)聚合物成膜效應(yīng)與纖維的三維網(wǎng)架剛性支撐作用相互影響，相互作用，膠粉增強(qiáng)了纖維與水泥基材的粘結(jié)，而纖維也均勻分布在膠粉與水泥基材形成的空間結(jié)構(gòu)中，共同改善了了結(jié)構(gòu)的脆性，提高了砂漿的抗裂性。

3 結(jié)論

（1）纖維和聚合物均能有效改善砂漿的抗裂性，但作用機(jī)理及效果不同。

（2）膠粉對(duì)砂漿抗裂性的影響主要是由于膠粉減緩了水化放熱速度，聚合物成膜的“微纖維”效應(yīng)以及與水泥水化產(chǎn)物相互粘結(jié)等作用，顯著提高了砂漿的抗裂性。

（3）不同纖維對(duì)砂漿抗裂作用的效果不同。

（4）纖維與膠粉共同作用時(shí)，抗折強(qiáng)度14天提高了25.93%，28天提高了40.64%，壓折比14天降低了52.94%，28天降低了40.23%，并且抗折強(qiáng)度最高時(shí)其壓折比降到了最低。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

趙麗杰，女，1978年生，黑龍江賓縣人，碩士研究生，講師。

基金項(xiàng)目：北京自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2112012）

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。