水泥砂浆增强

水泥砂浆增强（精选八篇）

水泥砂浆增强 篇1

纤维与基体的界面特性是决定纤维增强复合材料整体性能的关键因素之一。在大多数纤维增强复合材料中, 作为增强材料的纤维与基体之间存在着性能上的巨大差异, 两者之间的相容性相当有限, 因而界面的黏合比较脆弱。所以, 在实际的材料加工过程中, 必须对纤维表面进行适当处理, 以改善复合材料的界面性能。本文研究了将芳纶纤维进行等离子处理, 改性芳纶纤维和纤维的含量对水泥砂浆制品的抗折强度的影响。

1 实验原料

(1) 水泥山东淄博水泥厂生产的42.5普通硅酸盐水泥 (符合GB/T17671-1999标准要求) 。

(2) 芳纶纤维烟台氨纶股份有限公司生产的纽士达N601型间位短切芳纶纤维, 其横截面为圆形, 主要性能指标见表1) 。

(3) 河砂细度模数2.8, 含泥量<1.5 (符合JGJ52标准要求) 。

(4) 水:普通自来水。

2 实验过程

2.1 纤维的改性处理方法

将芳纶纤维放入JH等离子体多功能实验仪中, 在300 V的电压、20 Pa的大气压下处理5 min。

2.2 试样的制备

按照表2配比成型砂浆试样。芳纶纤维掺加量为纤维占砂浆的体积分数, 水灰比为0.50, 灰砂比为1:3。采用砂浆搅拌机拌和砂浆混合料, 先将水泥、砂和芳纶纤维放入搅拌机内慢速干拌1.5 min, 在此过程的最后10 s内将水倒入搅拌机, 再快速搅拌1.5 min。制成样品后放入恒温恒湿箱中 (20℃, 相对湿度95%) 固化24 h, 试样成型后放入水槽中养护28 d后测试其性能。所用的模具规格为40 mm×40 mm×160 mm。

3 结果与讨论

3.1 掺加芳纶纤维对试样抗折强度的影响

掺加普通芳纶纤维和改性芳纶纤维的试样, 其28 d抗折强度的实验结果见表3。芳纶纤维掺量对砂浆抗折强度的影响见图1。

从表3及图1可以看出, 水泥砂浆试样的抗折强度, 呈现出随着芳纶纤维含量的增多先增大后减小的趋势。空白试样的抗折强度为7.43 MPa, 掺加普通芳纶纤维的试样F1、F2、F3的抗折强度分别为8.55 MPa、8.97 MPa、8.60 MPa, 与空白试样相比分别提高了15.07%、20.72%、15.74%。掺加改性纤维的试样F4、F5、F6的抗折强度分别为9.28 MPa、9.68 MPa、9.37 MPa, 与空白试样相比分别提高了24.90%、30.28%、26.11%。综上分析可知, 当掺加1.5 kg/m3表面改性芳纶纤维时, 试样的强度提高幅度最大。

3.2 改性芳纶纤维增强砂浆性能机理的探讨

在纤维进行等离子体处理时, 同时进行着纤维表面的刻蚀与表面活性氧基团的形成这两种动态的过程。这两种因素都会优化纤维与水泥基体的界面结合。一方面, 表面粗糙度增加, 增大了纤维与基体的啮合, 同时除去了弱界面层, 增加纤维与基体间的接触面积;另一方面提高了纤维的表面性能, 使基体更有效地润湿纤维, 这有利于纤维与水泥基体的界面结合。经过改性的纤维表面比较粗糙, 纤维的表面附着着较多的水泥, 与水泥基体的结合情况较好。而未经过改性的纤维表面比较光滑, 纤维的表面附着的水泥较少, 与水泥基体的结合情况较差。

4 结论

(1) 掺加普通芳纶纤维, 可以在一定程度上提高水泥砂浆的抗折强度;掺加表面改性的芳纶纤维, 可以进一步提高水泥砂浆的抗折强度。与空白水泥砂浆试样相比, 掺加1.5 kg/m3的表面改性芳纶纤维时, 其28 d抗折强度提高了30.28%。

(2) 经过表面改性的芳纶纤维与水泥基体的界面结合状况有较大改善, 使得芳纶表面增加了与水泥结合化学活性基团, 同时使纤维表面变得粗糙, 增加了与水泥基体之间的握裹力, 可以使芳纶纤维与水泥基体形成一个紧密结合的整体。

参考文献

[1]陈惠敏.高性能纤维的低温等离子体表面改性[J].表面技术, 1999, 28 (5) :13-16

[2]刘丽, 张翔, 黄玉东, 张志谦.芳纶表面及界面改性技术的研究现状及发展趋势[M].2002, 27 (4) :12-13

地面水泥砂浆找平施工方案 篇2

水泥砂浆找平方案

编制时间：2014年8月1日

编制单位：江苏江中集团有限公司

水泥砂浆找平方案

工程概况：枣庄银行营业办公楼工程为高层办公楼，总建筑面积30000㎡。位于枣庄市新城区光明路南，交警支队西侧。基础为筏板基础。

主楼施工垫层时的施工面积较大，适逢雨季施工，表面平整度局部存在高差，计划用1:2水泥砂浆找平。

(一)施工准备

1、主要材料

（1）水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，其标号不应小于P.O42.5,并严禁混用不同品种、不同标号的水泥。

（2）砂：应采用中砂或粗砂，过8㎜孔径筛子，含泥量不应大于3%。

2、主要机具

搅拌机、手推车、木刮杠、木抹子、铁抹子、劈缝溜子、喷壶、铁锹、小水桶、长把刷子、扫帚、钢丝刷、粉线包、錾子、锤子。

3、作业条件：

（1）地面的垫层以及预埋在地面内各种管线已做完。穿过楼面的竖管已安完，管洞已堵塞密实。有地漏房间应找好泛水。

（2）墙面的+50㎝水平标高线已弹在四周墙上。

（3）门框已立好，并在框内侧做好保护，防止手推车碰坏。

（4）墙、顶抹灰已做完。屋面防水做完。

（二）操作工艺

基层处理→找标高、弹线→洒水湿润→抹灰饼和标筋→搅拌砂浆→刷水泥浆结合层→铺水泥砂浆面层→木抹子搓平→铁抹子压第一遍→第二遍压光→第三遍压光→养护

1、基层处理：先将基层上的灰尘扫掉，用钢丝刷和錾子刷净、剔掉灰浆皮和灰渣层，用10%的火碱水溶液刷掉基层上的油污，并用清水及时将碱液冲净。

3、洒水湿润：用喷壶将地面基层均匀洒水一遍。

4、标高控制：抹灰饼和标筋（或称冲筋）：根据面层标高水平线，确定面层抹灰厚度（不应小于20㎜），然后拉水平线开始抹灰饼（5㎝×5㎝）横竖间距为1.5～2.00m，灰饼上平面即为面层标高。

5、搅拌砂浆：水泥砂浆的体积比宜为1：2（水泥：砂），其稠度不应大于35㎜，强度等级不应小于M15。为了控制加水量，应使用搅拌机搅拌均匀，颜色一致。

6、刷水泥浆结合层：在铺设水泥砂浆之前；应涂刷水泥浆一层，其水灰比为0.4～0.5（涂刷之前要将抹灰饼的余灰清扫干净，再洒水湿润），不要涂刷面积过大，随刷随铺面层砂浆。

7、铺水泥砂浆面层：涂刷水泥浆之后紧跟着铺水泥砂浆，在灰饼之间（或标筋之间）将砂浆铺均匀，然后用木刮杠按灰饼（或标筋）高度刮平。铺砂浆时如果灰饼（或标筋）已硬化，木刮杠刮平后，同时将利用过的灰饼（或标筋）敲掉，并用砂浆填平。

8、木抹子搓平：木刮杠刮平后，立即用木抹子搓平，从内向外退着操作，并随时用2m靠尺检查其平整度。

9、采用铁抹子压光：

（1）铁抹子压第一遍：木抹子抹平后，立即用铁抹子压第一遍，直到出浆为止，如果砂浆过稀表面有泌水现象时，可均匀撒一遍干水泥和砂（1：1）的拌合料（砂子要过3㎜筛），再用木抹子用力抹压，使干拌料与砂浆紧密结合一体，吸水后用铁抹子压平。

(2）第二遍压光：面层砂浆初凝后，人踩上去，有脚印但不下陷时，用铁抹子压第二遍，边抹压边把坑凹处填平，表面压平、压光。有分格的地面压过后，应用溜子溜压，做到缝边光直、缝隙清晰、缝内光滑顺直。

（3)第三遍压光：在水泥砂浆终凝前进行第三遍压光（人踩上去稍有脚印），铁抹子抹上去不再有抹纹时，用铁抹子把第二遍抹压时留下的全部抹纹压平、压实、压光（必须在终凝前完成）。

10、养护：地面压光完工后24h，覆盖洒水养护，保持湿润.（三）质量标准：

1、找平层应采用水泥砂浆或水泥混凝土铺设，并就符合有关水泥砂浆整体面层的规定。

A、主控项目

（1）找平层采用碎石或卵石的粒径不应大于其厚度的2/3，含泥量不应不应大于2%；砂为中粗砂，其含泥量不应大于3%。

检验方法：观察检查和检查材质合格证明文件及检测报告。

（2）水泥砂浆体积比或水泥混凝土强度等级应符合设计要求，且水泥砂浆体积比不应小于1：2（或相应的强度等级）；

检验方法：观察检查或检查配合比通知单及检测报告。

（3）有防水要求的建筑地面工程的立管、套管、地漏处严禁渗漏，坡向应正确、无积水。

检验方法：观察检查和蓄水、泼水检验及坡度尺检查。

（4）水泥采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5,不同品种、不同强度等级的水泥严禁混用，检验方法：观察检查和检查材质合格证明文件及检测报告。

（5）水泥砂浆面层的体积比（强度等级）必须符合设计要求；且体积比应为1：2，强度等级不应小于M15。

检验方法：检查配合比通知单和检测报告。

（6）面层与下一层应结合牢固，无空鼓、裂纹。

B、一般项目：

（1）找平层与其下一层结合牢固，不得有空鼓。

检验方法：用小锤轻击检查。

（2）找平层表面应密实，不得有起砂、蜂窝和裂缝等缺陷。

（3）水泥砂浆面层的厚度应符合设计要求，且不应小于20mm。

（5）面层表面应洁净，无裂纹、脱皮、麻面、起砂等缺陷。

（五）应注意的质量问题

1、空鼓、裂缝

（1）基层清理不彻底、不认真：在抹水泥砂浆之前必须将基层上的粘结物、灰尘、油污彻底处理干净，并认真进行清洗湿润，这是保证面层与基层结合牢固、防止空鼓裂缝的一道关键性工序，如果不仔细

认真清除，使面层与基层之间形成一层隔离层，致使上下结合不牢，就会造成面层空鼓裂缝。

（2）涂刷水泥浆结合层不符合要求：在已处理洁净的基层上刷一遍水泥浆，目的地要增强面层与基层的粘结力，因此这是一项重要的工序，涂刷水泥浆稠度要适宜（一般0.4～0.5的水灰比），涂刷时要均匀不得漏刷，面积不要过大，砂浆铺多少刷多少。一般往往是先涂刷一大片，而铺砂浆速度较慢，已刷上去的水泥浆很快干燥，这样不但不起粘结作用，相反起到隔离作用。

纤维增强水泥砂浆的耐高温性能 篇3

关键词：钢纤维,水泥基材料,纤维掺量,力学性质

0 引言

水泥基材料作为土木工程主体材料已有一百多年历史了。其优良的性能, 使得水泥基材料广泛应用于高楼、道路和工厂等地方。水泥基材料是一种非均质材料, 内部缺陷是水泥基复合材料破坏的主要因素[1]。火灾受热下会产生微观温度应力, 出现脱水现象, 使其力学性质发生改变, 结构性能大大削弱, 造成巨大财产损失。水泥基材料质量减少, 形成大量的孔洞和裂纹, 导致强度、弹性模量和耐久性急剧下降。因此, 其耐高温性能不够理想。

随着建筑的老化和环境污染的加重, 钢筋混凝土的耐久性问题越来越引起国内外学者关注。大量的研究使得混凝土的各种力学性能与耐久性都有了很大的改善。但却没有使其耐火、耐高温性能得到相应的提高, 相反由于密实性的提高而影响高性能混凝土的耐高温性能。随着城市火灾的不断发生, 而火灾造成混凝土结构的破坏日益加剧, 使得混凝土建筑存在很大的安全隐患。一旦发生事故, 会引起巨大的经济损失和伤亡。提高该材料耐高温性能, 有利于建筑物在高温下强度损失减少, 延长建筑物使用年限, 有着巨大的经济和社会效益。

20世纪60年代中期起, 钢纤维增强混凝土在土木工程中获得日益广泛的应用, 在研究其增强机理时, 人们发现了钢纤维与混凝土之间的密切关系, 纤维增强混凝土的研究蓬勃开展起来[2]。掺有钢纤维的混凝土比普通混凝土有更出色的力学性能[3]。掺入钢纤维能够提高混凝土的韧性和延性, 并且已经在实际工程中使用[4]。钢纤维以其优良的物理性能在土木、水利建筑更多专业领域得到逐步推广和应用[5]。

虽然此前已有一些实验采用低掺量 (纤维体积率为1%~2%) 的高强高弹聚乙烯醇纤维 (简称PVA纤维) 进行了水泥基材料的耐高温性能影响研究, 有一定的研究积累。但对于钢纤维含量对水泥基材料的耐高温性能影响, 还有待更深入一步研究。鉴于此, 本实验对不同纤维含量的水泥基复合材料在不同温度作用后的外观形貌、质量损失、力学性能 (抗压强度、抗折强度) 及超声波波速的变化规律进行了系统的实验研究, 旨在揭示高温处理后的损伤特性及变化规律。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

实验中所采用的水泥为海螺牌P.O42.5级普通硅酸盐水泥;砂为福建中砂, 细度模数为2.4;粉煤灰 (温州电厂, 二级) ;钢纤维:赣州大业金属纤维有限公司的镀铜钢纤维 (抗拉强度大于2 850 MPa, 直径0.2 mm, 长度13 mm) 。

1.2 试件设计与制作

试件共分4组, 实验配合比如表1所示。试件采用钢试模浇铸成型, 两侧均涂有润滑油。先称取好水泥加入搅拌机, 干拌2 min, 依次慢慢加入粉煤灰、纤维和砂子干拌2 min, 最后加水搅拌。搅拌均匀后移至钢试模中, 在振动台上振动30 s, 振动后平面刮平并增补, 再重复振动2次。移至地面养护28 d。

kg

1.3 实验测试

将每大组试块分成三小组, 每小组试件数目为3个;三个小组的试块分别进行养护28 d后, 置试块于炉中, 分别升温至室温, 300℃, 600℃, 900℃, 达到最高温度后保温2 h, 打开炉门进行冷却。待试样冷却至室温, 取出试块, 称取高温后的质量, 观察试块表面有无裂缝, 有无脱落。最后对每组试块进行质量损失、超声波波速减少、立方抗压强度测试、棱柱抗压强度测试、抗折强度测试等实验。

2 实验结果与分析

2.1 试样高温前后表观特性

由于纤维添加和有纤维的试样的表观特性十分相似, 故不分别说明。从图1中可以看出来, 在经过300℃高温处理后的试样与常温状态下的试样在表观差异上并不是十分明显, 没有非常明显开裂的痕迹, 也无贯穿性的裂缝, 仅仅孔洞略微的有点扩大, 表面颜色变浅, 主要是在高温处理的过程中由于地质聚合物中的结合水蒸发所导致的。但是经过600℃, 900℃高温处理过的试样却变化十分明显。600℃处理后的试样绝大部分面积呈灰白色, 添加钢纤维的试样中在其表面还能看见一些红褐色的锈斑, 这是由于这批试样在进行自然冷却的时候正巧遇到下雨天, 导致空气中的水蒸气含量高, 高温后的钢纤维与水蒸气发生了氧化反应所致。试样表面的孔洞增多, 裂纹也十分清晰, 甚至有掉皮的现象, 但这仅发生在试样的表面, 孔洞和裂纹没有贯穿试样整体, 依旧保持一个试样的整体性, 满足实验的要求。900℃的试样较之600℃试样, 表面颜色更白一些, 孔洞和裂纹也明显很多, 稍微一用力碰触就有尘土掉落, 但仍然满足进行实验的基本要求。试样表观形态汇总见表2。

纤维的添加对水泥试样破坏形态也具有一定的影响。如图2所示, 对比图2可以清晰的看到, 不含纤维的地质聚合物试件为脆性破坏, 裂缝横贯试件整体, 试件断成两截, 在仪器上接收入到的图像为上升的力曲线突然下降。而含有纤维的试件被破坏时, 产生一条没有贯穿整体的裂缝, 从裂缝中裸露的纤维我们可以看到钢纤维仍然相互连接, 没有发生断裂, 基体在纤维的帮助下保持一个整体, 纤维增强水泥基复合材料具有一定的韧性。

2.2 质量损失

图3是质量损失率—温度曲线, 从图3中可以看出, 试件质量损失随温度增高而增大, 达到900℃时, 试块质量损失百分比最高可达10.62%。水泥基材料的质量损失主要由于水分的蒸发、水化硅酸钙脱水分解和碳酸钙的分解。在0℃~300℃时, 试件内部自由水大量蒸发, 质量损失较大, 300℃~600℃时, 自由水、吸附水和层间水蒸发, 水化硅酸钙脱水分解和碳酸钙的分解, 使得试件的质量损失大幅度增大, 质量损失率达6.41%, 质量损失在此温度区间较大, 而高于600℃后质量损失仍存在, 但由于前阶段的水分已大量蒸发, 水化产物已分解等, 总体变化较小, 质量损失百分比只比600℃温度下高出1.9%。通过比对同温度下不同纤维掺量组的质量损失百分比, 不难得出, 总体曲线趋势是一致的, 质量损失百分比最大相差1.2%, 差别较小, 在实验误差之内, 钢纤维在加热前后并没有太多的质量变化, 因此不同钢纤维掺量对水泥基复合材料加热前后质量损失并无明显影响。

2.3 超声波波速性质

图4是超声波波速损失率—温度曲线, 以图4可以看出, 超声波波速随温度升高有明显降低, 试块超声波波速减少百分比最大可达83.86%。低于300℃时波速减少百分比增长较缓慢, 最高减少9.59%。在300℃~600℃波速减少百分比增长迅速, 损失高达72.61%, 但高于600℃后又缓慢增长, 可知当温度在300℃~600℃时, 超声波波速减少较大。比对各不同钢纤维掺量组实验数据, 总体趋势没有改变, 且同温度下不同钢纤维掺量试块超声波波速减少相差最大4.42%。可见不同钢纤维掺量对水泥基材料加热前后波速变化影响不大。

2.4 力学性能

图5是抗折强度—温度曲线关系图, 从图5可以看出, 水泥基复合材料的抗剪强度随温度上升明显下降, 至900℃时已经接近于0, 此时水泥基材料已经不可以作为受弯构件。抗折强度在加热到300℃开始大幅度下降, 在300℃~600℃区间强度下降45.14%。这是由于与抗压强度相比, 抗折强度对裂纹的敏感性更大;而600℃~900℃范围内, 抗折强度下降只占总下降中的28.77%。比对不同钢纤维掺量组的实验数据, 总体趋势是一致的, 增加纤维的试块抗折强度数值明显提升, 最高可提升12.32%。

图6是棱柱抗压强度—温度曲线图, 从图6中可以看出, 棱柱抗压强度在温度低于300℃时, 抗压强度值反而上升7.31%;高于300℃后, 抗压强度下降速率明显增大。300℃~600℃强度数值下降25.68%, 600℃后抗压强度下降尤为明显, 水泥基材料内部的水分几乎完全蒸发、水化硅酸钙脱水分解和碳酸钙的分解, 内部结构发生改变, 棱柱抗压强度也随之大幅度下降, 此温度区间棱柱抗压强度下降占总体下降的69.50%。

图7是立方抗压强度—温度关系曲线。从图7可以看出, 与抗折强度与棱柱抗压强度不同, 立方抗压时对于试块裂缝的敏感度较低, 因此温度低于300℃时, 立方抗压强度值反而上升6.38%;高于300℃后, 立方抗压强度下降尤为明显, 300℃~600℃强度数值下降39.83%, 表明此温度区间强度下降占总强度下降中的72.47%。600℃~900℃, 立方抗压强度仍保持高速下降的趋势。所以混凝土的立方抗压强度主要在300℃~900℃损失。掺入钢纤维的材料明显在抗压数值上有所增大, 随纤维掺量的增大, 立方抗压强度提升的数值也升高, 立方抗压强度最高可以提升27.01%。从数据中可以看出, 纤维的加入对于试块的抗折强度提升高于立方抗压强度提升。由于抗折强度对于裂缝的敏感较大, 而纤维的加入有助于阻止裂缝的扩张, 减少了材料的内部缺陷, 提高了材料的初裂强度, 延迟了裂缝的产生, 增强了材料的韧性。随钢纤维含量增大, 水泥基复合材料的立方抗压、抗折强度都不断增大, 其中抗折强度最高提升25.32%, 立方抗压强度最高提升27.01%。因此纤维对水泥基材料的强度有明显的提升。

3 结语

1) 水泥基复合材料的质量损失随作用温度的增高而增大;超声波波速损失随作用温度的升高而明显增大;抗压及抗折强度随温度上升明显下降。2) 同一温度下, 随钢纤维含量增多, 水泥基复合材料的试块立方抗压强度明显有所提高, 抗折强度也有所提升, 且纤维的加入对于试块的抗折强度提升相对值高于抗压强度。但高温后的质量及超声波波速损失对纤维掺量的变化不敏感。

参考文献

[1]贾哲, 姜波, 程光旭, 等.纤维增强水泥基复合材料研究进展[J].混凝土, 2007 (8) :65-67.

[2]李国维, 高磊, 黄志怀, 等.全长黏结玻璃纤维增强聚合物锚杆破坏机制拉拔模型试验[J].岩土力学与工程学报, 2007 (8) :1654-1655.

[3]刘永胜, 王肖钧, 金挺, 等.钢纤维混凝土力学性能和本构关系研究[J].中国科技大学学报, 2007 (7) :719-723.

[4]卢亦焱, 陈娟, 李杉.钢管显微高强混凝土短柱轴心受压试验研究[J].建筑结构学报, 2011 (32) :166-171.

水泥砂浆增强 篇4

碱矿渣水泥为快硬早强型水泥, 其生产工艺简单, 成本低廉, 同时还具有良好的抗渗性、抗冻性和抗蚀性[1]。但是, 碱矿渣水泥混凝土的收缩变形较大, 在相同环境条件下的干缩达到普通硅酸盐水泥混凝土的1.2~1.9倍[2]。相关研究表明, 混凝土内部随机分布的纤维有传递力的作用, 当混凝土受力时, 纤维能改变混凝土内部裂缝扩展的路径, 并能预防混凝土内部微裂纹的扩展。同时, 根据纤维的形状和数量, 纤维会承担一部分压力, 因此, 在混凝土中掺入纤维具有提高水泥石强度, 减小收缩的作用[3,4]。

聚丙烯纤维是一种以聚丙烯为主要原料, 以独特生产工艺制造而成的高强度束状单丝纤维, 经特殊的表面处理技术, 可确保纤维在混凝土中具有极佳的分散性及与水泥机体的握裹力。因此, 将聚丙烯纤维加入到混凝土或砂浆中可以有效地控制混凝土 (砂浆) 的塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝, 防止及抑止裂缝的形成和发展, 大大改善混凝土 (砂浆) 的阻裂抗渗性能、抗冲击及抗震能力等。目前, 关于聚丙烯纤维对普通硅酸盐水泥砂浆性能的影响已有大量的研究[5,6,7], 但关于聚丙烯纤维对碱矿渣水泥砂浆性能的影响研究较少。基于此, 本文研究了聚丙烯纤维对碱矿渣水泥砂浆性能的影响, 以期找到纤维在碱矿渣水泥砂浆中的作用规律, 为碱矿渣水泥砂浆及碱矿渣水泥混凝土的推广应用奠定理论基础。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

矿渣:重庆某公司生产, 密度为3.02g/cm3, 比表面积为428m2/kg, 碱度系数M0为1.07, 属碱性矿渣, 其化学成分见表1。

%

水玻璃:重庆某化工厂生产, 模数M=3.17, Si O2含量为12.6%, Na2O含量为8.2%。

纤维:上海某公司生产的6mm和12mm水泥砂浆用短切聚丙烯纤维。

氢氧化钠:固体氢氧化钠。

砂:洞庭湖河砂, 中砂, Mx=2.6。

水:普通自来水。

1.2 试验方法

由于目前我国还未制定关于碱矿渣水泥砂浆的相关试验方法, 因此, 本试验搅拌方法按照GB1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行;流动度根据GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》, 采用跳桌试验进行测定;抗折强度、抗压强度的测定根据GB/T 17671-1999《水泥砂浆强度检验方法 (ISO法) 》进行。

2 试验结果

2.1 聚丙烯纤维掺量与长度对砂浆流动度的影响

试验中的胶凝材料为矿渣, 水胶比为0.4, 胶砂比为1:3, 水玻璃的模数调节至1.0, 聚丙烯纤维掺量为0~0.2%。聚丙烯纤维掺量与长度对砂浆流动度影响的试验结果如图1所示。

由图1可知, 当掺入0.04%~0.20%的6mm或12mm聚丙烯纤维时, 随纤维掺量的增加, 砂浆流动度先增加后降低。当纤维掺量为0.04%时, 掺6mm和12mm纤维砂浆的流动度比未掺纤维的空白组分别增加了9.3%和7.4%;当纤维掺量继续增加时, 砂浆的流动度开始下降;当纤维掺量达到0.2%时, 掺6mm纤维砂浆的流动度基本和空白组相接近, 而掺12mm纤维砂浆的流动度低于未掺纤维的空白组, 与目前关于纤维对硅酸盐水泥砂浆流动性的规律有所不同[8,9], 这可能是由于胶凝材料的种类不同所致, 对此还需做进一步的研究。此外, 在试验还发现, 无论是6mm还是12mm长度的纤维, 掺入到碱矿渣水泥砂浆中后, 当纤维的掺量超过0.04%后, 纤维掺量继续增加时, 砂浆的流动性都逐渐下降, 这是因为随着纤维掺量的增加, 纤维乱向分散在砂浆中形成的网络结构的内部空间会逐渐减小, 从而阻碍了砂浆的自由流动, 降低了砂浆的流动度[8,10]。

2.2 聚丙烯纤维的长度及掺量对碱矿渣水泥砂浆强度的影响

本试验主要研究掺入6mm和12mm的聚丙烯纤维在不同掺量时对碱矿渣水泥砂浆抗压强度和抗折强度的影响, 具体试验结果见表2及图2~图5所示。

从表2及图2~图5可见, 当掺入0.04%~0.20%的6mm聚丙烯纤维时, 碱矿渣水泥砂浆各龄期的抗压强度都接近或低于基准组的抗压强度;当掺入0.04%~0.07%的12mm聚丙烯纤维时, 砂浆各龄期的抗压强度都有降低的趋势;而当纤维掺量为0.07%~0.20%时, 各龄期的抗压强度都有所增加;当掺量为0.12%时, 抗压强度提高了11.8%, 这说明纤维对碱矿渣水泥砂浆抗压强度的提高和纤维的长度及掺量有很大关系。不同长度和掺量的纤维对碱矿渣水泥砂浆抗压强度的改善需要通过试验来进一步确定。

对抗折强度研究的结果表明, 无论掺入6mm还是12mm的纤维, 在0.04%~0.20%的掺量范围内, 砂浆的28d抗折强度都有较明显的提高。当掺入6mm、12mm的纤维且掺量为0.12%时, 砂浆的28d抗折强度分别提高25.5%和30.6%, 折压比分别提高33.3%和16.7%, 即两种长度纤维的掺入都能增加碱矿渣水泥砂浆28d的韧性。这是因为养护28d后, 不掺纤维的砂浆收缩率增大, 微缺陷的不断增加, 使其强度的增幅逐渐减小, 而对于掺有纤维的砂浆, 由于聚丙烯纤维的阻裂效应, 减少了微裂纹的产生和发展, 砂浆内部结构得以保持完整, 使得砂浆的各种性能随着碱矿渣水泥的水化进程而逐渐提高。另外, 当砂浆处于受力作用下时, 微裂缝产生的垂直应力遇到聚丙烯纤维, 此时纤维与砂浆之间的粘接力可以使裂缝尖端出现反向的应力场, 缓解裂纹尖端的应力集中, 阻止裂纹的继续扩展, 从而提高砂浆的抗折强度, 增加砂浆的韧性[11,12,13]。

以上相同掺量的6mm和12mm的聚丙烯纤维掺入到碱矿渣水泥砂浆后, 对砂浆的工作性和力学性能影响的研究结果表明, 在碱矿渣水泥砂浆中掺入聚丙烯纤维时, 其长径比和掺量对碱矿渣水泥砂浆性能的影响很大。相同掺量、不同长径比的聚丙烯纤维掺入到碱矿渣水泥砂浆中时, 对其工作性、抗压强度、抗折强度影响的规律不尽相同, 同时, 和硅酸盐水泥砂浆中掺入聚丙烯纤维后对砂浆性能的影响规律也不相同。这是因为纤维掺入到砂浆中后, 砂浆的性能不仅和掺入的纤维品种、性能、掺量等有关, 还和砂浆基体的性能、和砂浆之间的结合等有重要的关系。因此, 需要做进一步的研究, 以掌握不同纤维品种、掺量、长径比等对碱矿渣水泥砂浆或碱矿渣水泥混凝土性能的影响。

3 结论

(1) 在碱矿渣水泥砂浆中掺入0.04%~0.16%的6 mm和12mm聚丙烯纤维, 能够提高碱矿渣水泥砂浆的流动性, 并改善其工作性能, 但随着纤维掺量的增加, 流动度增加的幅度减小, 当纤维掺量为0.04%时, 掺6mm和12mm纤维砂浆的流动度比未掺纤维的空白组分别增加了9.3%和7.4%, 当纤维掺量继续增加时, 砂浆的流动度开始下降;当掺量达到0.20%时, 掺6mm纤维砂浆的流动度基本和空白组相接近, 而掺12mm纤维砂浆的流动度比未掺纤维的空白组的流动度还低。

(2) 当在碱矿渣水泥砂浆中掺入0.04%~0.20%的6mm聚丙烯纤维时, 砂浆的抗压强度都接近或低于不掺聚丙烯纤维砂浆的抗压强度;当掺入0.04%~0.07%的12mm聚丙烯纤维时, 砂浆各龄期的抗压强度都有降低的趋势, 但掺量为0.07%~0.20%时, 砂浆的抗压强度都有所提高, 说明纤维对碱矿渣水泥砂浆抗压强度的提高和纤维的长度及掺量有很大关系。

(3) 在碱矿渣水泥砂浆中掺入6mm、12mm的聚丙烯纤维, 且掺量为0.04%~0.20%时, 砂浆的28d抗折强度有较明显的提高;当纤维掺量为0.12%时, 砂浆的28d抗折强度分别提高了25.5%和30.6%, 折压比分别提高了33.3%和16.7%, 两种长度纤维的掺入都能增加碱矿渣水泥砂浆28d的韧性。

水泥砂浆增强 篇5

近年来, 人们对水泥混凝土材料的认识已从较多强调材料的强度趋向于更多重视耐久、节能及使用寿命等。硫酸盐侵蚀是发生在混凝土中最广泛、最普遍的一种化学腐蚀形式, 被认为是引起混凝土失效破坏的四大主要因素之一[1,2,3,4]。在我国沿海地区、西南地区、西北地区, 许多大坝、隧道及海岸、港口等混凝土都存在硫酸盐侵蚀问题[5]。例如, 青海湖周围环境中的混凝土结构, 由于硫酸盐腐蚀, 基本上是一年粉化, 三年坍塌, 造成很大的经济损失。因此, 如何提高混凝土抗硫酸侵蚀性能, 延长混凝土结构使用寿命, 是土木工程界迫切需要研究与解决的重要课题之一。

在实际工程中, 尤其在水工、海工等工程中, 混凝土经常遭受干湿交替和硫酸盐、氯盐等腐蚀介质的耦合破坏作用[6]。而对于砂浆抗硫酸盐侵蚀破坏试验而言, 以不同的试件为体系研究对象, 得出的结果可能不尽相同。本文采用浸泡抗蚀性能试验 (K法) 和潜在膨胀性能试验 (P法) 两种方法, 研究碳酸钙晶须 (Calcium Carbonate Whisker, CW) 和玄武岩纤维 (Basalt Fiber, BF) 增强水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能, 以砂浆的表观特征、质量经时变化规律、强度经时变化规律, 以及长期浸泡下砂浆的膨胀变率为指标, 全面衡量不同侵蚀时期砂浆的硫酸盐侵蚀损伤特征, 分析无机矿物纤维对水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响, 为水泥砂浆耐久性设计提供技术参考。

1 原材料及方法

1.1 原材料

大连某水泥厂生产的P·C 32.5R复合硅酸盐水泥;天然河砂, 过4.75mm方孔筛;碳酸钙晶须为成都某公司生产, 合成方法为碳酸化法;6mm、12mm长度的短切玄武岩纤维;腐蚀介质采用化学纯无水硫酸钠配制成质量百分含量为5%的Na2SO4溶液。

1.2 试验方法

水泥混凝土的硫酸盐侵蚀主要发生于其中的胶凝材料, 因此, 可以水泥胶砂试件来检测其抗硫酸盐侵蚀性能。本试验中采用统一水灰比 (0.485) 和砂率 (2.75) , 聚羧酸高效减水剂掺量为0.2%。晶须掺量为水泥质量的5%和10%;晶须与玄武岩纤维复掺时, 晶须掺量固定在10%, 纤维的体积率分别采用0.05%和0.10%。

本文中CW代表碳酸钙晶须, BF6、BF12代表两种纤维的长度, BFH代表两种长度纤维混杂, CBFH代表碳酸钙晶须与玄武岩纤维复掺;a、b代表两种体积掺量。

浸泡抗蚀性能试验方法 (K法) 参照GB/T 749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方法》[7], 潜在膨胀性能试验方法 (P法) 参照美国现行混凝土硫酸盐试验方法 (ASTMC1012) [8]。

1.3 评价指标

目前, 对混凝土损伤程度的评价指标有混凝土抗压强度、抗折强度、动弹模量、质量损失、膨胀率等, 由于强度和膨胀率变化能直观地反映问题, 因此, 目前大多采用考察试件强度和膨胀率变化的方法来研究水泥基复合材料的抗侵蚀性能[9,10]。本试验也是从这一角度来分析问题的, 其抗折抗蚀系数Kf及膨胀率Qn的表达式如下:

式中:Kf为抗折抗蚀系数;Rf为试件在Na SO4溶液中某一龄期的抗折强度, MPa;Rf0为相同龄期浸泡在水中的抗折值, MPa;Qn为膨胀率, Lt为试件浸泡到某一时间的长度, mm;L0为试件的初始长度, mm;285为试件的有效长度, mm。

2 结果分析与讨论

2.1 碳酸钙晶须对水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响

2.1.1 外观观测与分析

硫酸盐侵蚀通常会导致砂浆的膨胀破坏和软化剥落, 因此, 有不少测试方法中常选择试件物理外观性能的改变作为评价指标。图1为60次干湿循环交替结束后, CW-0和CW-2试件外观腐蚀状况。从图1可以看出, 掺入10%碳酸钙晶须 (CW-2) 的水泥砂浆试件受到的腐蚀程度明显小于普通水泥砂浆试件。CW-2砂浆试件的边角依然完整, 无起毛、剥落现象, 表观形态没有明显变化;而CW-0砂浆试件表面已覆盖一层白色聚集物。这是因为在干湿交替环境下, 因水分蒸发增加了面层水泥砂浆毛细管中盐溶液的浓度, 当砂浆内部的盐溶液达到或超过饱和浓度就会有盐析出, 从而使砂浆表面常常看到盐析现象。

2.1.2 质量经时变化规律

硫酸盐环境下影响砂浆试件质量变化的主要因素有两个: (1) 硫酸根离子与水泥的水化产物发生反应, 生成膨胀性侵蚀产物, 如水化硅酸钙凝胶, 填充了砂浆内部的孔隙, 使砂浆的质量增大; (2) 在反应过程中CH或C-S-H等组分溶出和分解, 或者是砂浆受侵蚀层的剥落等原因造成砂浆损伤而质量下降。砂浆试件质量随干湿循环次数的变化规律在一定程度上反映了砂浆的受蚀损伤劣化规律。图2给出了碳酸钙晶须增强水泥砂浆质量随干湿循环次数的变化情况, 由图2可知, 不同晶须掺量的砂浆试件质量变化趋势基本一致, 均呈现先增大然后迅速下降的趋势。在侵蚀初期, 影响因素的前者占主导作用, 即硫酸盐侵蚀产物驻留使砂浆试件质量增加;随着干湿循环次数的增加, 后者影响更趋明显, 砂浆试件的损伤加剧, 表面和边角部位出现剥落, 导致砂浆质量陡然下降。

2.1.3 强度经时劣化规律

图3为不同晶须掺量的水泥砂浆在干湿循环和硫酸钠侵蚀双重作用下, 所得的抗折抗蚀系数曲线。由图3可以看出, 随着干湿循环次数的增长, 砂浆抗折强度均呈现先增大后减小的趋势。干湿循环初期, 砂浆抗折强度有一定程度的升高, 一方面是因为28d标准养护下的水泥还有未水化的部分存在, 在Na SO4溶液浸泡下, 水泥水化使水泥砂浆内部致密从而增加其强度;另一方面, 生成的钙矾石和石膏以及析出的盐, 填充了砂浆内部孔隙, 虽然会产生一定的膨胀内应力, 但不足以产生膨胀裂缝, 相反在某种程度上钙矾石晶体对砂浆内部孔洞起到填充作用, 进一步提高砂浆密实度。如在15次干湿循环后, CW-2抗折强度达到峰值, 是未侵蚀试件的1.065倍。当侵蚀产物填满任其自由膨胀的孔隙空间继续积累时, 砂浆内部开始出现膨胀压力, 当膨胀应力达到一定程度后, 周围的水泥基材料结构就会疏松并产生微裂纹, 侵蚀液由裂纹和疏松区又快速进入其他孔隙和裂缝, 从内部造成膨胀开裂破坏, 强度急剧下降。

对比各试件抗折强度变化规律可知, 抗折抗蚀系数随着晶须掺量的增加而降低, 且均高于普通水泥砂浆试件, 即晶须的掺入有效改善了干湿循环环境下水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能。这主要是由于普通水泥砂浆较不密实, 易于硫酸根的侵入。而对于晶须增强水泥砂浆, 由于晶须细化了砂浆的孔结构, 填充了较大的孔隙, 提高了砂浆的密实度, 使得水分蒸发速度变得缓慢, 能够有效阻止盐溶液侵入砂浆内部, 防止反应生成膨胀物质而引起破坏, 从而达到提高耐久性的目的。因此, 经过60次干湿循环后, CW-2的抗折抗蚀系数为0.869, 高于0.8, 而CW-0为0.473, 低于0.8, 已破坏。

2.1.4 膨胀率变化规律

测量试件长度的变化是基于钙矾石或石膏的结晶会导致试件体积膨胀的原因, 通过检验水泥砂浆潜在的膨胀性来评价其抗硫酸盐侵蚀性能具有实用性[14]。从图5可以看出, 普通水泥砂浆的膨胀率大于0.4%, 不抗硫酸盐侵蚀;而碳酸钙机晶须增强水泥砂浆的膨胀率在0.2%左右, 低于普通水泥砂浆的0.421%。此外, CW-2试件的膨胀率略小于CW-1的, 这与干湿循环作用下碳酸钙晶须对水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀试验的影响效果一致。

2.2 碳酸钙晶须与纤维复掺对水泥砂浆抗硫酸侵蚀性能的影响

晶须与纤维复掺对水泥砂浆抗折抗蚀系数、膨胀率变化的影响见图4和图5。从图中可以看出, 60次干湿循环后, 掺纤维和晶须砂浆试件的抗折抗蚀系数远远高于普通水泥砂浆试件, 相比单掺晶须的试件也更具优势。15周硫酸盐侵蚀溶液浸泡后, 晶须与纤维复掺的水泥砂浆膨胀率亦均低于晶须增强水泥砂浆。其中, 晶须掺量为10%, 6mm、12mm纤维混杂, 体积掺量为0.05%时, 水泥基复合材料的抗硫酸盐侵蚀性能效果最好。

玄武岩纤维增强水泥砂浆中, 纤维与砂浆基体之间的界面过渡区存在一定的间隙, 是玄武岩纤维增强水泥砂浆复合材料中最薄弱的环节。当晶须掺入到水泥砂浆后, 能够充分发挥晶须和纤维的尺度和性能优势, 达到逐级阻裂和强化的效果。这可归于以下两方面原因: (1) 细化孔结构提高抗渗性。将晶须掺入水泥砂浆中, 晶须填充孔隙, 堵塞连通孔通道, 提高了水泥砂浆的密实性。 (2) 改善过渡带结构。水泥砂浆拌和后, 由于离析、泌水和Ca (OH) 2在集料表面定向结晶长大, 使集料和水泥浆体界面区裂缝增大增多, 这些缝隙为硫酸盐侵入水泥石内部提供了渗透通道。晶须与纤维加入后, 堵塞了水泥砂浆中的孔隙, 而分散细小的晶须为Ca (OH) 2的成核提供了大量无序排列的晶种, 使Ca (OH) 2结晶分散而细小, 改善了过渡带结构, 提高了砂浆的密实度, 从而截断了侵蚀的渗透通道, 提高了水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀能力。

可见, 晶须与纤维复掺不仅可明显改善水泥基体的性能, 还可显著改善砂浆基体与纤维之间的界面微观结构, 提高界面的粘结强度, 强化薄弱的界面区域, 进而提高水泥基复合材料的耐久性能。

3 结论

硫酸盐侵蚀是由于硫酸盐侵入水泥砂浆内部与水泥石中的物质发生反应生成膨胀性物质, 引起水泥砂浆开裂破坏。水泥砂浆内部孔隙结构影响砂浆抗硫酸盐侵蚀性能, 而密实的内部结构有利于提高砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能。本文在前人的研究成果基础之上, 利用碳酸钙晶须和玄武岩纤维各自的性能特点, 改善水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能。试验结果表明, 抗蚀系数随着碳酸钙晶须掺量的增加而增大, 膨胀率随着碳酸钙晶须掺量的增加而减小, 且碳酸钙晶须和玄武岩纤维复掺, 纤维体积掺量为0.05%时, 最有利于水泥砂浆原生裂缝和尺寸的控制, 使砂浆的密实度及抗硫酸盐腐蚀能力提以提高。

摘要：采用浸泡抗蚀性能试验 (K法) 和潜在膨胀性能试验 (P法) 两种方法, 考察碳酸钙晶须和玄武岩纤维增强水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能。通过测定砂浆的表观特征、质量经时变化规律、强度经时变化规律, 并以长期浸泡下砂浆的膨胀率为辅助判断指标, 全面衡量不同侵蚀龄期砂浆的硫酸盐侵蚀损伤特征。研究结果表明:碳酸钙晶须和玄武岩纤维的复掺有利于砂浆抗硫酸盐腐蚀能力的提高。

关键词：碳酸钙晶须,玄武岩纤维,抗蚀系数,膨胀率

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水泥砂浆增强 篇6

人工或天然纤维作为建筑材料使用也有着悠久的历史。古代人们把天然纤维例如草、秸秆、麸子作为添加材料添加到建材中[1]。添加了纤维的建材表现出比不添加纤维的建材更好的强度、抗冲击性以及抗开裂性能,从而使建筑更加坚固,使用寿命更长。随着人工纤维的发展,更多的人工纤维被作为增强材料添加到建筑材料中。

随着社会的发展,对建筑材料提出了越来越多的新要求。单一的混凝土拉伸强度低,抗开裂性差、抗变形能力差,是一种脆性或准脆性材料。抗拉强度是抗压强度的1/10～1/7,断裂伸长率只有0.01%～0.06%。由于耐拉性能差,导致混凝土容易开裂或破碎,如进一步渗水,腐蚀钢筋,容易使建筑因结构故障而发生损毁。混凝土的上述缺陷是材料自带缺陷,可以通过与其他材料“复合”予以克服。人们尝试将纤维作为增强材料添加到混凝土中,以提高混凝土的韧性,取得了不错的效果。从最初的金属纤维增强,如钢纤维增强,到无机纤维增强,如玻璃纤维增强、石棉增强,再到后来的高分子纤维增强,如聚丙烯纤维增强、聚乙烯纤维增强、聚乙烯醇纤维增强等;逐步形成了多种类的纤维增强混凝土。

将适量短纤加入混凝土中,能够明显提升混能土的性能,延长使用寿命,扩展使用领域。纤维对混凝土的增强作用,主要表现为阻裂、增强以及增韧三个方面[2]。水泥基体在浇注后的24 h内抗拉强度低,均匀分布在混凝土中的短纤能够承受部分因为水分蒸发导致的塑性收缩产生的拉伸应力,从而减少裂缝的生成。当混凝土完成硬化后,受环境温度、湿度变化而导致的干缩应力超过其抗拉强度时,也容易生成裂缝,此时,纤维也能够承受部分应力,减少裂缝产生。受限于混凝土的施工方法,单一的混凝土内部难免有大量的缺陷,从而使得抗拉强度难以保证。纤维的存在,能够减少因缺陷导致的抗拉强度损失,提高混凝土的抗拉强度、抗弯折强度、抗剪切强度以及抗疲劳强度等机械性能。混凝土在承受负荷的情况下,即使混凝土开裂,纤维也能横跨裂缝承受拉伸应力,从而赋予混凝土一定的韧性。此外,部分纤维还可以提高和改善混凝土的抗冻性、抗渗性等性能。

1 Trevo纤维与其他混凝土增强用纤维性能对比

表1为几种纤维的物性数据。可以看出聚丙烯、尼龙、聚乙烯有较高的伸长率。只是因为聚丙烯为非极性高分子,具有疏水性、较好的化学稳定性,因此利用聚丙烯纤维较高的伸长率,能够提高混凝土的韧性和抗折强度;聚乙烯也为非极性高分子,但因为模量较低,对其研究较少;尼龙纤维虽能够改善混凝土的施工性,但降低混凝土的干缩值。碳纤维表面比较粗糙,能够与混凝土基体间产生较好的物理结合,改性的碳纤维表面具有羧基和羟基等几种活性基团,能够与混凝土基体间产生较好的化学结合。因此碳纤维的强度和模量都较好,添加后,能够有效的提高混凝土的抗拉性能。芳纶纤维的热稳定性、模量等性能介于碳纤维和聚丙烯纤维之间,但其价格较低,具有良好的发展前景。添加过芳纶纤维的混凝土,抗拉性能和抗冲击性能均有所提升[3]。随着环保要求的提高,石棉纤维因为致癌性的问题,正逐步被钢纤维[4]和玻璃纤维所替代。聚乙烯醇能够与混凝土之间形成氢键,与基体结合较牢固,且聚乙烯醇纤维具有较高的模量,能够有效的提高复合后混凝土的耐拉、耐弯性能。

2 Trevo纤维在水泥砂浆和混凝土中的应用

Trevo纤维的缺点是不耐高温,不宜在超过80℃的环境使用;耐蠕变性能差。但Trevo纤维经过极大倍数的拉伸取向,具有极高的取向度和结晶度。分子链沿纤维轴向有序排列,能够承受1.8～3.0 GPa的拉伸力,弹性模量也达到了40～140 GPa,具有出色的机械性能。虽然是非极性高分子,与混凝土基体的结合性较差,若达到Trevo的断裂强度之前,纤维即与基体脱离,则无法发挥出Trevo较好的机械性能,因此可通过提高Trevo的长径比、使用较长的短纤改善结合性。

2.1 实验原料

525#硅酸盐水泥,连云牌;河砂,细度模数2.8±0.2,砂石骨料含泥量和超逊径情况检测满足《水工混凝土施工规范》SDJ207-82的要求;PVA纤维,日本可乐立;Trevo70纤维,山东爱地高分子。

2.2 Trevo纤维增强水泥浆料的实验

将Trevo70取四种不同长度,按照4种不同的添加比例添加到水泥砂浆基体中。以PVA作为参照对象。

添加量按照0.5%,1.0%,1.5%,2.0%四种添加比例进行添加。进行对比试验。参照《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001测试7 d龄期成型混凝土的抗压强度、抗折强度、跨中挠度。抗压强度实验结果见图1。

由图1看出,抗压强度反映了水泥浆料抵抗竖向压力的能力。当增大长径比后,同等掺量的Trevo纤维所能承受的负荷值有所提高,总体来说,与PVA的差别不大。抗折强度试验结果见图2。

由图2可以看出,抗折强度反映了水泥浆料抵抗弯折的强度大小。可以看到S1在同等参量的情况下,抗折强度远远高于PVA;S2,S3在同等参量的情况下,抗折强度接近于PVA;S4在同等参量的情况下,抗折强度低于PVA。在工程上抗折强度要求7 MPa以上,因此通过Trevo增强的水泥浆料可以满足要求。跨中挠度试验结果见图3。

由图3看出,跨中挠度是反映水泥砂浆的韧性和变形能力的指标。S1,S2在同等掺量的情况下,挠度远远高于PVA;S3在同等掺量的情况下,挠度略高于PVA;S4在同等掺量的情况下,挠度略低于PVA。从挠度上来看,除个别方案以外,Trevo增强水泥砂浆的变形能力明显高于PVA,没加纤维的砂浆跨中挠度一般在0.1～0.2mm之间。

2.3 Trevo纤维增强水泥浆料的实验

图4为PVA纤维荷载-挠度曲线(日本可乐丽);图5为PE纤维荷载-挠度曲线(特力夫纤维);图6为Trevo纤维增强混凝土完成跨中挠度测试后的照片,表3为Trevo与PVA增强混凝土抗弯强度和挠度对比结果。由图4～图6和表3可以看出抗弯强度表现纤维增强混凝土的增强效果,挠度是衡量混凝土韧性和形变的关键指标,挠度和抗弯强度都是衡量纤维增强效果的非常重要的指标。由以上对比试验,可以看出Trevo纤维比PVA表现出了更好的增强效果。

3 结语

通常情况下,纤维在混凝土中体现的增强,增韧以及防开裂作用要优于在水泥砂浆中,所以Trevo纤维在混凝土中的应用要优于Trevo纤维在水泥砂浆中的应用。Trevo纤维增强水泥砂浆或增强混凝土效果并不低于PVA的增强效果。通过调整配方,可更加发挥出Trevo纤维高强力高模量的特点,制造出性能更加优良的增强水泥砂浆和增强混凝土产品。

摘要：阐述了Trevo纤维在混凝土增强应用中的特点,并选用增强混凝土效果较好的高性能PVA纤维作为参照,对比了Trevo纤维、PVA纤维对混凝土增强的效果。对Trevo纤维的增强混凝土的机理作了重点论述,并对其应用前景做了展望。

关键词：Trevo纤维,PVA纤维,水泥砂浆增强,混凝土增强

参考文献

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[3]陈润锋,张国防,顾国芳.我国合成纤维混凝土研究与应用现状[J].建筑材料学报,2001,4(2):168-173.

橡胶粉水泥砂浆的性能研究 篇7

随着汽车工业的发展, 废旧轮胎的产生量迅速增长, 已成为一个新的环境污染源。废旧轮胎胶粉在水泥基复合材料中的利用是废旧资源循环利用项目的一个新课题。它对废旧汽车轮胎的清洁利用, 节约资源和改善水泥基材料的性能都具有重要意义。将废胎制成的橡胶粉以一定掺量加入混凝土中, 能够填充空隙, 改善水泥与骨料的界面状况, 能够约束混凝土内微裂缝的产生和发展, 并形成吸收应变能的结构变形中心, 吸收震动能, 从而明显改善混凝土的抗冲击性, 提高混凝土的抗震性能[3]。这种改性混凝土成本低, 工艺简单, 具有广阔的应用前景。本文研究了废轮胎橡胶粉作为细集料取代部分河砂对水泥砂浆流动性及物理力学性能的影响。

1 实验原材料

水泥:采用拉法基水泥厂生产的32.5级硅酸盐水泥, 其主要物理性能见表1

砂:使用特细砂和普通机制砂。其筛分结果见表2、表3。

特细砂细度模数0.7, 机制砂细度模数3.5, 而且从表2, 表3可以看出2种砂的级配都不好, 因此所有试验使用砂由特细砂和机制砂配制而成的混合砂, 混合砂的配制方法:机制砂过2.36mm筛, 分为筛上部分和筛下部分待用。砂浆试验用砂的配制方法:按照机制砂2.36mm筛下部分与特细砂质量比1:1比例配制。砂浆试验用混合砂级配见表4。

橡胶粉:80目橡胶粉, 密度1.2g/cm3, 堆积密度0.3g/cm3

2 实验方案设计及实验结果分析

2.1 橡胶粉掺量对砂浆流动性的影响试验

水泥砂浆的流动性是反映水泥砂浆工作性的重要指标。水泥砂浆的流动性用水泥胶砂流动度测定仪 (简称跳桌) 测定。本试验选择三种橡胶粉掺量, 干燥的橡胶粉按体积比取代砂子, 体积取代率分别为:10%、20%、30%。测定砂浆流动度 (见表5) 。

从表5和图1可看出, 固定水灰比, 水泥砂浆流动度随着胶粉掺量的增大而增加, 而且流动度和胶粉掺量近似于线性关系。这可能是因为, 胶粉取代细砂掺量采用体积比, 由于橡胶粉密度较小且呈松散状态, 造成较小质量的胶粉代替了较大质量的细砂。这样在固定水灰比条件下, 随着胶粉掺量的增加, 水泥砂浆相应的吸水量减少, 游离水增多;同时细砂的减少, 造成砂浆中水泥颗粒与骨料颗粒滑动的摩擦阻力减小。因此, 水泥砂浆流动度随着胶粉掺量的增加有不断增大的趋势。

2.2 橡胶粉掺量对砂浆抗压、抗折强度的影响

基准试样 (未掺加橡胶粉的试样) 水泥 (C) 、试验用砂 (S) 的重量比为:C:S=1:2.5, 水灰比为0.5。掺加橡胶粉的试样:干燥的橡胶粉按体积比取代砂子, 体积取代率为:1%、3%、5%、7%、9%、10%、15%、20%、25%、30%。基准试样和掺加橡胶粉试样的配合比见表6, 实验结果见表7。

由图2、图3可以得到以下结论:

改性稻壳水泥砂浆的性能研究 篇8

我国是世界上的稻谷产量大国, 每年生产稻谷量约为2亿t, 稻壳约占稻谷质量的20%, 每年就有4 000万t稻壳产生, 因此研究稻壳的应用具有重要意义[1]。稻壳的化学成分有粗纤维、木质素、灰分、多缩戊糖、粗蛋白等;稻壳具有多孔性、质轻、耐腐蚀、低密度、低导热性等特点[2]。由于稻壳中的糖分阻碍水泥的水化同时影响稻壳与水泥的黏结, 除去稻壳纤维中的糖类物质是制备稻壳水泥基材料的关键。本文主要研究改性稻壳水泥砂浆的宏观物理性能, 为其作为绿色材料推广应用于新型建筑材料方面奠定理论基础。

2 试验部分

2.1 试验原材料

水泥选用华新堡垒牌42.5硅酸盐水泥, 水泥的标准稠度用水量、凝结时间、安定性和强度经检验均符合规范要求;细集料选用一定级配的干燥河砂;搅拌用水选用自来水;稻壳选自于湖北境内米厂;预处理剂选用硅酸钠, 其化学式为Na2Si O3。

2.2 稻壳预处理

将稻壳浸泡于1%硅酸钠溶液中24 h后, 过滤清洗后, 装入容器中置于烘箱用50℃烘干稻壳表面水分后立即取出。

预处理后的稻壳与没经过预处理的稻壳从表面看起来颜色变浅, 表面更粗糙。可能原因是经过预处理后稻壳表面的蜡质层脱落, 稻壳化学成分中的糖类物质被溶出。

2.3 试块的制备

参照《建筑砂浆基本性能试验方法》 (JGJ70—2009) 中的要求进行水泥砂浆的吸水率、保水率、稠度试验。改性稻壳水泥砂浆试件按照表1质量比制备。

3 试验结果与分析

本次试验以稻壳掺量为试验因素, 本文主要系统研究了当改性稻壳占水泥质量比分别为0%、1%、2%、3%时对水泥基材料的孔隙分布、吸水率、稠度、保水率的影响程度。

3.1 孔隙分布

观察试块断面构造可以发现孔隙的变化, 如图1所示。

图1表示从左往右为改性稻壳掺入量为0%、1%、2%、3%的试块截面图。由图可知, 没有掺入改性稻壳的试块断面孔隙面积小且数量少;随着稻壳掺入量的增加, 断面的孔隙面积逐渐变大, 孔隙数量也越来越多。

3.2 吸水率

表2为改性稻壳水泥砂浆吸水率试验数据。

从表2数据分析可知, 随着改性稻壳掺入量的增加, 水泥砂浆的吸水率逐渐变大。可能原因一是, 稻壳本身会吸收一部分水, 稻壳掺入量越多稻壳吸收水分越多, 导致水泥砂浆吸收率变大;另外一个原因是稻壳外形细长, 稻壳掺入并没有填补拌合物间的空隙, 反而使得拌合物的孔隙率逐渐增大, 从而导致吸水率越大。

3.3 稠度

改性稻壳水泥砂浆稠度试验数据见表3。

通过表3可以看出, 随着稻壳掺入量的增加, 改性稻壳水泥砂浆的稠度值越低。可能原因是稻壳在砂浆搅拌过程中吸收了部分水泥砂浆中的水, 在同等的水灰比情况下, 随着掺入稻壳量的增加, 水泥砂浆越干, 流动性越差, 稠度值越低。

3.4 保水率

表4为改性稻壳水泥砂浆保水率试验的结果。

通过表4可以看出, 稻壳掺入量的增加对水泥砂浆的保水率的影响并不大, 保水率随着稻壳掺入量增加略微变大。可能原因一是, 砂浆中的自由水少, 随着稻壳掺入量增加砂浆中的自由水分越少, 水泥砂浆需水量越大, 保水率也就越大。

4 结语

本文系统研究了改性稻壳水泥基材料的宏观物理性能, 研究结果表明:稻壳经过预处理后表面颜色和粗糙度发生了变化;改性稻壳的掺入使得水泥基材料的孔隙率变大;同时随着稻壳掺入量增加水泥基材料的吸水率增加;且稠度值逐渐变小, 说明水泥基材料的流动性变差;从保水率的试验结果得出, 稻壳掺入量增加对保水率的影响并不大。

参考文献

[1]李新华, 董海洲.粮食加工学[M].北京:中国农业出版社, 2002:9-35.