聚丙烯纤维砂浆的抗压性能研究

《聚丙烯纤维砂浆的抗压性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、聚丙烯纤维砂浆的抗压性能研究0绪论0.1课题背景水泥与水泥基材料是当今最大宗的人造材料，带来了很大的耗能和环境污染。本着可持续发展的原则，水泥基材料必须向高性能发展，向减少用量，延长寿命，增加功能，尤其向降低环境代价的方向努力[1]。中国工程院院士吴中伟教授认为[1]，复合化是水泥基材料高性能化的主要途径，复合化的技术思路—超叠加效应，对材料的高性能化有重要的意义，可用公式1+2≥3表示。纤维增强是其核心。1980年美国国家材料顾问委员会(NMAB)首先提出“水泥基复合材料”(Cement-basedCompositeMaterials)这一名词，它包括一切以水泥为基材的复合材料

2、。其中的纤维增强水泥基复合材料是以水泥、水、细(或粗细混合)集料形成的混合物为基体，以各种有机、无机或金属的不连续短切纤维为增强体组成的材料，即纤维增强砂浆/混凝土。水泥砂浆在浇筑后，由于其表面水分的蒸发速率超过内部水渗透到表面的速率，以及其早期抗拉强度达不到砂浆收缩所产生的应力，往往造成砂浆表而在材料硬化前失水收缩而引起拉力，故而产生不可恢复的塑性收缩裂缝，也干燥收缩裂缝。环境温度越高、湿度越低、空气流动速度越大，砂浆中水分的蒸发量也就越大，所产生的塑性收缩裂缝也就越严重，这必然对后期的结构受力、抗渗等产生不良影响，甚至会威胁到结构的安全[2]。在实际应用中，如果不采取有效的抗

3、裂措施，砂浆固有的微裂纹在内外应力的作用下发展为更大的裂纹，以致最终形成贯通的毛细孔道及裂缝。造成结构设计强度远未能充分发挥，严重的甚至威胁到工程的安全使用。由于普通的水泥砂浆难以防止墙体裂缝的出现和发展，给住宅及厂房的建筑质量形成很大的隐患，每年造成几百亿元的浪费。普通砂浆由于抗拉强度低、收缩率大、变形能力低、抗冲击性差等缺点，己远远不能满足人们对其的要求，必须加以改进。改善砂浆抗裂、抗渗性的方法主要有改变砂浆组分、改变养护方式、添加聚合物及掺入纤维等方法[3]，与其他方法相比，掺加聚合物和纤维具有施工安全方便、作用效果好、价格低廉等优点，纤维在提高砂浆性能方面扮演着日益重要的

4、角色[4]。现代混凝土的应用已向着高抗压、高抗拉、大流动度方向发展，同时要求建筑物在建造时容易施工，并能长期保持高强、高韧性、高抗渗性等性能，即高性能混凝土。由于水泥石、砂浆或混凝土的抗拉强度低、极限延伸率小、性脆，拌和物在日照、风吹的等情况下，没有足够的时间形成抗拉强度以抵抗由于快速蒸发产生的毛细孔收缩应力，容易产生塑性收缩开裂。特别是高强混凝土的抗拉强度与抗压强度之比仅为6%，脆性显著，塑性明显下降，因为脆性破坏会随时产生，高强混凝土结构的跨度不能增幅太大。当结构受弯时，荷载等于破坏荷载的15%-20%时就开始产生裂缝(这时钢筋的应力远小于屈服极限)，随着裂缝扩展会造成结构物

5、抗渗性能等的降低，以致使用寿命缩短，在结构设计时因裂缝宽度的限制，高强建筑材料的优越性得不到充分应用。因此，混凝土性能的提高显得十分重要。掺入抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的纤维作为增强体可以克服上述缺点。因此，近些年来纤维砂浆/混凝土得到很大重视，其在建筑材料中的应用规模也逐渐扩大。在美国、英国、日本和西欧等地，对于某些应用领域已作过相当规模的现场试验，其中包括桥面和路面(公路和机场跑道)的罩面层、采矿和隧道工程的各种应用、边坡的固定、防火设施、混凝土修补、工业地面以及各种预制混凝土产品等，以上应用均获得了一定的成功。而且聚合物纤维相对于其它种类纤维价格低廉，增强性能优良。

6、因此研究开发纤维和聚合物改性水泥砂浆来改善普通水泥砂浆的不足具有其实际意义。0.2纤维增强水泥基复合材料现状0.2.1水泥基复合材料所用纤维分类水泥基复合材料所用纤维按其材料性质可以分为三大类:(l)金属纤维:如钢纤维等。(2)无机纤维:如石棉等天然矿物纤维和抗碱玻璃纤维、抗碱矿棉、碳纤维CF、氧化铝纤维、碳化硅系列纤维等人造矿物纤维。(3)有机纤维:主要有聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维(维纶)、尼龙纤维、全芳族聚酯纤维等合成纤维和西沙尔麻等天然植物纤维。0.2.2纤维增强水泥基复合材料研究概况利用纤维提高混凝土的抗裂性的研究可以追溯到古代。最早的纤维增强复合材料如草筋粘土

7、砖和纸筋灰。钢纤维是较早发展的一种纤维，在路面工程等中已得到广泛应用。1910年美国Porter提出均匀撒钢纤维于混凝土中以强化材料的设想后，钢纤维开始发展。钢纤维[5]的弹性模量和抗拉强度很高，大约为水泥基材的5倍以上，抗冲击、耐疲劳性好，大大提高混凝土的抗拉强度，减小裂缝宽度，提高了混凝土的延性、抗冻融性，同时钢纤维也可制成各种变截面形状，以增加与水泥基材之间的握裹力。但是随着钢纤维掺量增加，拌和物稠度增大，分散性差，搅拌时间长，搅拌成型困难，既增加对搅拌机械的磨损，又增加混