微细钢纤维对砂浆抗裂性能的影响.pdf

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2011年第2期混凝土与水泥制品201lN022月CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCTSFebruary微细钢纤维对砂浆抗裂性能的影响吕进，李长风(江苏博特新材料有限公司，南京210008)摘要：通过试验研究了砂浆在微细钢纤维的不同掺量、不同形态下的抗裂效果．比较了钢纤维直径的粗细对力学性能的影响，并对试验数据进行了分析。结果表明，波浪型微细钢纤维不仅具有较佳的抗裂效果，亦可提升砂浆的韧性。关键词：微细钢纤维；抗裂性能：韧性Abstract：Throughthetests，anti—crackperformanceofmortarmixedwithdiferentdosagesanddiferentshapesofmicro—finesteelfiberisresearched．Theeffectsofthefibrousdiametersofsteelfiberonmechanicalpropertiesarecompared，andthesetestdataareanalyzed．Theresultsshowthatwave—shapedmicro—finesteelfibernotonlyhasthebettereffectoncrackresistance，butalsocanimprovethetoughnessofmortar．Keywords：Micro-finesteelfiber；Crackresistance；Toughness中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1000—4637(2011)O2—38—030前言下．微细钢纤维与普通直径钢纤维相比，纤维根数纤维掺入水泥基材料中。可提高水泥基材料的成倍增长，抗裂性能的优势不言而喻。本文研究了抗裂性能、抗冲磨性能及韧性等。大多数合成纤维微细钢纤维的掺量、形态对砂浆抗裂性能的影响以如聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇等因自身弹性模量、及微细钢纤维混凝土在力学性能上的优势。并对试抗拉强度较低的原因，虽能提高水泥基材料的抗裂验结果进行了分析。性，但对抗压强度的正面影响很小，有的甚至会降1试验概况低抗压强度。常规直径的钢纤维(0>0．25ram)能强化1．1材料水泥基材料的力学性能和抗裂性，然而．因直径较试验采用P·1152．5级硅酸盐水泥：细度模数为粗，水泥基材料单位体积内的根数较少，无法将其2．5的中砂；JM—A萘系减水剂；粒径0．10～0．225~m抗裂作用发挥得更好。微细钢纤维(0．18～0．23mm)的活性SiO微粉；矿粉；四种规格的钢纤维(各项性_1l则能兼顾抗裂性能和力学性能。在相同体积掺量能见表1)。表1钢纤维的物理力学性能1．2配合比表2砂浆抗裂试验配合比g以不同类型钢纤维、不同掺量的方式进行对比试验并评价各组混凝土的性能。为增加可比性，各组混凝土均采用相同的基准配合比，以减少或避免因材料性能上的差异给试验数据带来的离散性。结水泥硅灰粉煤灰砂水聚羧酸减水剂Sf合工程应用及成本、性能考虑。试验中钢纤维的体5501503001200200l％78积掺量分别为0．2％、0．6％、1．0％和1．4％。表2和表3为砂浆性能试验的配合比。借鉴Kraai提出的平板法测试混凝土的早期塑1．3试验方法性收缩裂缝圄。钢制模具内边尺寸为300mmxl50一38一 吕进，李长风微细钢纤维对砂浆抗裂性能的影响mm~47mm。长边的两端用螺帽固定垂直铁条，底板2．2微细钢纤维形态对抗裂性能的影响中间设置一应力突起，两者共同作用提供约束，扩掺加平直型与波浪型微细钢纤维的砂浆的开大裂缝面积以便于测量、比较不同直径和形状的钢裂时间、面积的试验对比数据见表5和图2。纤维对砂浆抗裂性能的影响。从图2可见。与基准混凝土相比，掺加0．6％平将成型后的混凝土试件置于IO00W碘钨灯下直型和波浪型微细钢纤维的砂浆开裂面积，分别下方。随后立即开启风扇，使试件表面风速保持在3～降了72％和89％，波浪型钢纤维在平直型钢纤维的3．2m／s，连续吹6h，环境温度控制在35cc，湿度控制基础上。又下降了63％。其原因在于，波浪型钢纤维在35％。测量并记录初始开裂时间和6h时的裂缝从水泥浆体中拔出所需克服的阻力高于平直型钢情况。纤维，故波浪型钢纤维与水泥浆体的粘结强度大于本试验使用ImagePro—plus图像分析软件对不平直型钢纤维。当砂浆出现微裂纹后，横跨其间的同纤维砂浆的裂缝图片进行变换、增强、分割、提取平直型钢纤维先于波浪型钢纤维与水泥基材料脱等操作，获得所需的裂缝特征并分析计算出相应的粘而拔出，微裂纹拓宽形成裂缝，这也是掺加平直特征参数，以综合评价纤维的抗开裂性能嘲。型钢纤维的砂浆初裂时间早于波浪型钢纤维的原2试验结果与分析因。2．1微细钢纤维掺量对抗裂性能的影响表5微细钢纤维形态对塑性开裂的影响将平直型微细钢纤维按0．4％的掺量递增，依次HglⅡ，恒加入砂浆，表4和图1为砂浆的初始开裂时间、面∞4∞3∞3如2∞2l∞∞O积和塑性抗拉强度的试验结果。表4微细钢纤维掺量对砂浆抗裂性能的影响未掺平直型波浪型暑图2不同类型微细钢纤维与开裂面积的关系暄2．3微细纤维直径对力学性能的影响掺加钢纤维可提升混凝土／砂浆的力学性能【4J，微细钢纤维的作用更为显著。掺加不同直径钢纤维砂浆的力学性能的试验数据见图3。钢纤维掺量，％图1平直型微细钢纤维掺量与开裂面积之间的关系由图1可以看出，随着微细钢纤维体积掺量的压增加，初始开裂时间延迟，开裂面积分别减少36％、折7l％、82％、98％；随掺量的递增，裂缝的宽度趋于微细，当掺量达到1．4％时，裂缝几近消失。根据纤维间距理论分析，因掺量提高，纤维根数增加，单位体积0．25纤维直径／mm混凝土内的纤维间距缩小，微裂缝在产生与发展的过程中。必然受到更多且均匀分布的钢纤维的阻图3钢纤维直径对砂浆／混凝土力学性能的影响止，从而呈现抗裂性能提高的效果。(下转第59页)一39一 张菁燕，潘钢华，李敏预拌砂浆专用水泥研制专用水泥贮存3个月后，各种配方的砂浆收缩均有合性能最好．此时三个品牌水泥所配制的预拌砂浆所增大．原因主要可能是由于贮存3个月后的水泥的各项性能均可满足现行标准要求。贮存3个月后活性下降及保水增稠剂中的减水组分部分失效，造保水增稠剂同样掺量时保水率增加，因此，如需贮成拌合用水量有所增大。水灰比增大．进而会带来存，可以适当降低保水增稠剂掺量。收缩率的增大。总体来说，各组砂浆的收缩率均较参考文献：小，符合DGJ32／J13—2oo5~江苏省预拌砂浆技术规[1】梅群，潘钢华，潘文佳．预拌砂浆专用水泥的制备及其性能研究[J]．混凝土与水泥制品，2008(6)：55—58．程》和JG／r230—2007{预拌砂浆》标准的要求。【2】鞠丽艳，张雄．建筑砂浆保水增稠剂的性能及作用机理IJ1．3结论建筑材料学报，2o03(3)：25—29．(1)采用砂浆保水增稠剂PW一1配制预拌砂浆【3】陈益兰，纪涛，丰霞等．砂浆保水增稠材料的研究及机理探专用水泥，对于不同品牌的水泥．其掺量为1．9％～讨[J1．广东建材，2o07(3)：19—20．2．1％时，所配制的专用水泥经3个月储存期后配制【4]钱中秋，张菁燕，杨江金等．预拌砂浆中保水增稠剂的研M7．5抹面砂浆的性能基本满足DGJ32／J13—2005究与应用．干混砂浆，2007(12)：46—47．《江苏省预拌砂浆技术规程》和JC／T230—2007(预[5】盂祥海．水泥储存中的问题及分析．20o6年水泥技术交拌砂浆》标准要求。证明只要调整保水增稠剂PW一1流大会暨第八届全国水泥技术交流大会论文集，2006：222—的掺量，就可以采用不同品牌的水泥来配制专用水224．泥。【6】潘钢华，王然良，梅群，专利名称：《一种预拌砂浆的生产方法》，专利申请号：CN200910029827．4．(2)随着保水增稠剂掺量的增加．由三个品牌水泥配制的抹面砂浆的保水率增加．收缩减少，而凝结时间和强度的差异不大。收稿日期：2010—11—12(3)专用水泥贮存3个月后，砂浆的保水率增作者简介：张菁燕(1966一)，女，研究员级高级工程师。加，凝结时间延长，强度降低，收缩增加。保水增稠E-mail：zjy4O056@163．com剂掺量为2．1％时，各种品牌专用水泥贮存Od的综联系电话：0519—86978830妇-area-逝}业j●}业坐业．,de-坐j■}坐§；鲁业业业坐业业业业业》坐业业业业坐业业业业业业盘业(上接第39页)微细钢纤维不仅使砂浆／混凝土的抗裂性能得径的减小，抗折强度递增，砂浆／混凝土的韧性得到到提升，还能提高砂浆／混凝土的韧性，如表5所示，提高钢纤维的直径从0．3ram减小到0．25mm、0．2ram时．参考文献：混凝土的抗折强度依次提高了13％和33％。折压比【1】铁道部科学技术司．客运专线活性粉末混凝土材料人行道挡板、盖板暂行技术条件【s】．分别提高14％、28％，折压比的提高意味着韧性的增【2】Kraai，P—Proposedtesttodeterminethecrackingpotential强。原因可能是均匀分布的微细钢纤维使得砂浆／混duetodryingshrinkageofconcrete【J1．ConcreteConstruction，凝土的整体性更强，当试件表面的主裂纹出现时．1985，30(9)：775．单位体积内根数更多、散布更广的微细钢纤维可传[3】李长风，等．聚丙烯纤维砂浆抗裂性能的定量图像分析[J1．递应力衍生为发散的微裂纹，从而延缓或抑制主裂混凝土，2009(8)：94．纹的扩展[5]，直到裂缝处的钢纤维被拔出，抗折强度【4】黄承逵．纤维混凝土结构[MI．机械工业出版社，2005．因此提高。【5】J．S．Lawler,T．Wilhelm，D．ZampiniandS．P．Shah，Fractureprocessesofhybridfiber-reinforcedmortarfJ1．Materialsand3结论Structures／MatrriauxetConstructions，Vo1．36，April2003：(1)砂浆开裂面积随微细钢纤维掺量的增加而l97—208．减小，在本试验条件下，纤维体积掺量达1．4％时，裂缝面积减少98％(2)波浪型微细钢纤维在砂浆中的抗裂性能优收稿日期：2010—11—26于平直型钢纤维。体积掺量为0．6％时，开裂面积较作者简介：吕进，男，工程师。平直型钢纤维下降63％。通讯地址：南京市江宁区万安西路59号(3)微细钢纤维与普通钢纤维相比，随纤维直联系电话：025—52705912．18951860021—59—