（材料学专业论文）水镁石纤维抗裂水泥砂浆研究.pdf

摘要 建筑砂浆是建筑工程最大宗的材料之一，在建筑工程中起着粘结、衬热和传递应力 的作用。目前，随着新型墙体材料、外墙涂料和新型层面防水材料的大力推广使用，对 砂浆整体抹灰面层的抗裂、抗渗性能和表面批腻刮荡等提出了更高的要求。借鉴纤维材 料在混凝土中成功运用的经验，在墙体和楼、地面抹灰砂浆中掺入各类纤维材料以有效 阻止其开裂，满足抗渗防漏施工质量要求，从而弥补其原有的诸多不足。本文选用水镁 石纤维对水泥砂浆进行阻裂增强。 同时传统的建筑砂浆是在工地现场拌制，现场拌制的砂浆各组分计量精确度低、细 骨料级配不合理、外加剂应用困难，砂浆的质量稳定性差、粘结强度低、收缩大、抗裂 性与抗渗性差，易引起墙面开裂、起壳、渗漏，还会造成材料浪费和污染环境。而干混 砂浆具有品质稳定、品种齐全、使用灵活、适应性强等优点，可满足不同工程需要，在 我国具有广阔的发展前景。因此，本文在水镁石纤维水泥砂浆组分的研究基础上，设计 了其干混砂浆配合比。 本文首先对水镁石纤维与水泥的相容性进行研究，以抗压、抗折强度为指标，参考 净浆稠度，确定了水泥净浆中合适的纤维掺量、纤维分散方式：然后在纤维净浆中加入 减水剂，确定合适的减水剂掺量。试验结果表明，水镁石纤维与水泥的相容性很好，能 很好的增加水泥净浆的抗裂能力。 然后本文研究了水镁石纤维对水泥砂浆的性能影响，以纤维掺量、纤维分散方式、 减水剂种类和用量为影响因子，以抗压、抗折强度为考核指标设计正交试验，确定合适 的纤维掺量、纤维分散方式、减水剂种类和用量。试验结果表明，水镁石纤维能很好的 增加水泥砂浆的抗裂能力，同时纤维砂浆中掺入减水剂不会导致泌水。 最后本文设计了水镁石纤维干混砂浆的配合比，首先在一定砂浆稠度下，以抗压、 抗折强度为指标，确定合适的纤维掺量。然后在此纤维掺量下，确定不同强度等级的干 混砂浆配合比。试验结果表明，配制出的纤维干混砂浆有足够的抗压强度和粘接强度， 而且水泥用量少，成本低。 关键词：水镁石纤维、干混砂浆、抗裂、减水剂 a b s t r a c t t h ec o n s t r u c t i o nm o r t a ri so n eo fa r c h i t e c t u r a le n g i n e e r i n g sm o s tl a r g ea m o u n t m a t e r i a l s ，i sp l a y i n gt h ec a k i n g ，t h el i n i n gw a r ma n dt r a n s m i s s i o ns t r e s si nt h ea r c h i t e c t u r a l e n g i n e e r i n g a tp r e s e n t ，a l o n gw i t hn e ww a l lm a t e r i a l ，o u t e rw a l lc o a t i n ga n dn e w s t r a t i f i c a t i o np l a n ew a t e r p r o o f i n gm a t e r i a lv i g o r o u s l yp r o m o t e du s e d ，ah i g h e rr e q u e s ti ss e tt o a n t i - c r a c k ，a n t i s e e pa n dt h ep e r f o r m a n c eo fs u r f a c ea p p r o v e dg r e a s i l yo ft h em o r t a ro v e r a l l p l a s t e r i n gs u r f a c el a y e r a c c o r d i n gt ot h es u c c e e d e de x p e r i e n c eo ft h eu t i l i z a t i o no ff i b r o u s m a t e r i a l si nt h ec o n c r e t e ，e a c hk i n do ff i b r o u sm a t e r i a li sm i x e si n t ot h ew a l l ，t h eb u i l d i n ga n d t h eg r o u n dp l a s t e r i n gm o r t a r , s a t i s f y i n gq u a l i t yr e q u i r e m e n to fa n t i - s e e pc o n s t r u c t i o n ，t o m a k e su pi t so r i g i n a lm a n yi n s u f f i c i e n c i e s t h i sa r t i c l es e l e c t sb r u c i t ef i b e rt or e i n f o r c et h e a n t i c r a c ko fc e m e n tm o r t a r t h et r a d i t i o n a lc o n s t r u c t i o nm o r t a ri sm i x i n gt h es y s t e mi nt h ew o r ks i t es c e n e t h e s c e n em i x i n gt h es y s t e mh a sl o wm e a s u r e m e n tp r e c i s i o no ft h em o r t a rv a r i o u sc o m p o n e n t s ， u n r e a s o n a b l ec o m p o s i t i o no ft h et h i na g g r e g a t e ，a p p l i c a t i o nd i f f i c u l t yo fa d d i t i v e t h e m o r t a r s t a b i l i t yi sb a d ，t h ec a k i n gi n t e n s i t yi sl o w , i tc o n t r a c t sb i g ，t h ec r a c kr e s i s t a n c ea n dt h e s e e pr e s i s t a n c ea r eb a d t h eq u a l i t yo ft h em o r t a ri se a s yt oc a u s es u r f a c ed e h i s c e n c e ，s h e l l ， l e a k a g eo ft h ew a l l ，a l s oc a nc r e a t et h em a t e r i a lw a s t ea n dt h ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o n b u t d r y - m i x e dm o r t a rh a st h em e r i to fs t a b l yq u a l i t y ，c o m p l e t ev a r i e t y ，n i m b l eu s i n ga n ds t r o n g c o m p a t i b i l i t ya n ds oo n i tc a nm e e tt h ed i f f e r e n tp r o je c tn e e d s ，h a st h eb r o a dp r o s p e c t sf o r d e v e l o p m e n ti no u rc o u n t r y t h e r e f o r e ，i nt h ef o u n d a t i o no ft h ec o m p o n e n tr e s e a r c ho ft h e b r u c i t ef i b e rr e i n f o r c e dc e m e n tm o r t a r , t h i sa r t i c l ed e s i g n si t sd r y - m i x e dm o r t a rm i x t u r er a t i o t h i sa r t i c l ef i r s ts t u d i e st h ec o m p a t i b i l i t yo fb r u c i t ef i b e ra n dt h ec e m e n t u s i n gt h e r e s i s t a n tt oc o m p r e s s i o na n dt h ea n t i b o o k l e ti n t e n s i t ya st h et a r g e t ，c o n s i d e r i n gl i q u i d t h i c k n e s s ，i td e t e r m i n e st h ea p p r o p r i a t ef i b e rq u a n t i t ya n dd i s p e r s i b l ew a y o ff i b e r t h e nt h i s a r t i c l ej o i n st h ew a t e rr e d u c i n ga g e n tt ot h ef i b e rc e m e n tl i q u i da n dd e t e r m i n e st h ea p p r o p r i a t e w a t e rr e d u c i n ga g e n tq u a l i t y t h et e s tr e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ec o m p a t i b i l i t yo fb r u c i t ef i b e r a n dc e m e n ti sw e l l ，a n dt h ef i b e rc a nr e i n f o r c et h ec e m e n tl i q u i da n t i c r a c ka b i l i t y t h e nt h i sa r t i c l es t u d i e st h ep e r f o r m a n c ei n f l u e n c et ot h eb r u c i t ef i b e r u s i n gt h ef i b e r q u a l i t y , f i b e r sd i s p e r s i n gw a y ，t h et y p ea n dt h ea m o u n to fw a t e rr e d u c i n ga g e n ta st h e n i n f l u e n c ef a c t o r ，t a k i n gr e s i s t a n tt oc o m p r e s s i o n ，a n t i b o o k l e ti n t e n s i t ya si n s p e c t i o nt a r g e tt o d e s i g no r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，t h i sa r t i c l ed e t e r m i n e dt h ea p p r o p r i a t ef i b e rq u a l i t y ，f i b e r s d i s p e r s i n gw a y , t h et y p ea n dt h ea m o u n to f w a t e rr e d u c i n ga g e n t t h et e s tr e s u l ti n d i c a t e dt h a t t h eb r u c i t ef i b e rc a nr e i n f o r c e dt h ea n t i c r a c ka b i l i t yo fc e m e n tm o r t a r ，a n dt h eu s i n go fw a t e r r e d u c i n ga g e n tw e l ln o tc a u s eb l e e d i n g f i n a l l yt h i sa r t i c l ed e s i g n e dt h em i x t u r er a t i oo fb r u c i t ef i b e rd r y - m i x e dm o r t a r f i r s t u n d e rt h ec e r t a i nm o r t a rt h i c k n e s s ，t a k i n gr e s i s t a n tt oc o m p r e s s i o na n dt h ea n t i - b o o k l e t i n t e n s i t ya st h et a r g e t ，t h i sa r t i c l ed e t e r m i n e st h ea p p r o p r i a t ef i b e rq u a n t i t y t h e nu n d e rt h e q u a n t i t y ，t h i sa r t i c l ed e t e r m i n e st h em i x t u r er a t i oo fd r y - m i x e dm o r t a ri nt h ed i f f e r e n t i n t e n s i t yr a n k t h et e s tr e s u l ti n d i c a t e dt h a tf i b e rd r y - m i x e dm o r t a rh a se n o u g hc o m p r e s s i v e s t r e n g t ha n dc e m e n t a t i o ni n t e n s i t y , m o r e o v e ri t sc e m e n tc o n t e n ti sf e wa n dt h ec o s ti sl o w k e yw o r d s ：b r u c i t ef i b e r ；d r y - m i x e dm o r t a r ；a n t i - c r a c k ；w a t e rr e d u c i n ga g e n t i i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：夕习臾呻扩7 年6 月占日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 周姹申 如哥哥 列哥争 长安大学硕：l 学位论文 第一章绪论弟一早三百v 匕 1 1 水泥砂浆的发展趋势 为了满足越来越多的应用要求，水泥砂浆的发展现状有两个趋势：( 1 ) 素混砂浆向纤 维砂浆发展；( 2 ) 普通砂浆向干混砂浆发展。 1 1 1 纤维水泥砂浆的发展现状 早在2 0 世纪6 0 年代初期，已有人在水泥净浆和砂浆中掺加少量的聚丙烯纤维进行 工程应用。此后，英国工程技术人员在混凝土中掺入聚丙烯纤维用以制造墙板和桩壳等 预制品。2 0 世纪7 0 年代初，美国开始工业化开发丝束相连的聚丙烯纤维。至此，各类 纤维材料的使用和研究进入了新的发展和不断创新的时期。各类纤维材料在国内工程界 最早试用约在7 0 年代，起步相对较晚，但随着国民经济的高速增长，基本建设投资规 模不断扩大，推动了各类纤维材料在国内工程界的研究和应用。目前，随着新型墙体材 料、外墙涂料和新型层面防水材料的大力推广使用，对砂浆整体抹灰面层的抗裂、抗渗 性能和表面批腻刮荡等提出了更高的要求。在建筑工程施工实践中，由于新型轻质节能 墙体材料加气混凝土、空心砌块、轻质砖的推广应用，墙体整体砂浆面层尤其是外墙的 砂浆面层施工都不同程度地存在开裂和抗渗效果差等技术性质量通病，以致严重地影响 到这类节能产品和新型建材的推广和使用，损害了其巨大的市场价值和开发潜力，寻求 解决此问题的有效途径是工程界面临的一个十分紧迫的问题。借鉴纤维材料在混凝土中 成功运用的经验，在墙体和楼、地面抹灰砂浆中掺入各类纤维材料以有效阻止其开裂， 满足抗渗防漏施工质量要求，从而弥补其原有的诸多不足，这已被实践证明是切实可行 的。 随着我国水泥、交通、城市建设的大力发展，纤维增强混凝土和砂浆已经在各类建 设工程中大量推广应用。纤维增强混凝土成为继钢筋混凝土、预应力混凝土之后，高性 能混凝土技术发展新的里程碑。据不完全统计，2 0 0 2 年全国用于水泥混凝土和砂浆的合 成纤维达5 0 0 t ，2 0 0 3 年约1 5 0 0 t ，已经成为继混凝土外加剂之后新的外掺材料【1 1 。 1 1 1 1 纤维水泥砂浆的作用 水泥混凝土是世界上最广泛使用的建筑材料之一，但同时混凝土是低抗拉强度和低 抗拉应变的复合材料，在硬化过程中，伴随着各种收缩( 如化学收缩、温度收缩、塑性 收缩、干缩和自收缩等) 的增大，导致混凝土产生许多微裂纹，所以混凝土是一种韧性 差、不均匀、易开裂的脆性材料。纤维在砂浆或混凝土中的应用，可使砂浆或混凝土早 第一章绪论 期收缩所产生的裂纹明显减少，显著提高砂浆或混凝土抗渗性和耐久性，同时还有一定 增韧作用【2 1 。 纤维材料的技术性能指标因材料品种的不同而呈现出不同的差异，但对于在砂浆中 掺入的各类纤维材料，却相差不大。这是因为：( 1 ) 纤维均可减少砂浆内部连通的塑性裂 缝和干缩裂缝：( 2 ) 大量均匀分布的纤维降低了砂浆表层的析水，避免了细骨料的沉淀， 使砂浆中孔隙量显著减少；( 3 ) 纤维材料在水泥基体中主要是起着阻碍裂缝开展的作用 【3 】 0 1 1 1 2 纤维水泥砂浆的种类 纤维水泥砂浆的种类繁多，有合成纤维水泥砂浆、钢纤维水泥砂浆、碳纤维水泥砂 浆等等。 用于混凝土和砂浆中的纤维按其材料性质可分为金属纤维、无机纤维和有机纤维： 按弹性模量可分为高弹模纤维和低弹模纤维；按纤维长度可分为长纤维和短纤维；按粗 细程度可分为粗纤维和细纤维；按纤维掺量的多少可分为高掺量和低掺量纤维。 在砂浆中掺入的纤维品种主要有聚丙烯纤维、石棉纤维、聚乙烯纤维、尼龙纤维等。 目前，在工程界使用较多的是在砂浆中掺单丝合成聚丙烯和聚乙烯纤维。此外，为便于 大体积砂浆的泵送施工，还可根据具体情况在其中掺入适量缓凝剂、粉煤灰和微膨胀剂， 以改善其泵送性能，增加基体内部的抗拉强度，进一步提高其抗裂性能。 1 1 1 3 纤维水泥砂浆的研究现状 ( 1 ) 合成纤维水泥砂浆 应用最为普遍的是合成纤维水泥砂浆。合成纤维在砂浆或混凝土中的应用始于2 0 世纪7 0 年代，按材料成份目前常用合成纤维可分为尼龙、聚丙烯、聚酯、聚乙烯等品 种，其中尼龙及聚丙烯用量最大【2 1 。 水泥混凝土材料因原材料来源广泛、可用性宽、可j 口- r 性好、耐久性好等优点，是 目前结构工程中广泛应用的最大宗人造建筑材料。但一般混凝上材料均存在抗拉强度 低、脆性大、易开裂等问题，限制了它在工程中的更广泛应用。近年来围绕如何改善混 凝土的脆性和减少裂缝的研究取得了大批有应用价值的科研成果。其中最有代表性的是 发现混凝土基材中掺入有机纤维是提高混凝土韧性，抑制塑性开裂并改善混凝土的抗冲 击性能及耐久性能的一条有效途径。目前研究较多的有机纤维是聚丙烯纤维( 丙纶) 。 张海文，李金伟等【4 】研究一种以聚丙烯睛( 睛纶) 为原料，经特殊表而处理的新型水 泥混凝土抗裂增强纤维。通过聚丙烯睛纤维对砂浆抗裂性能作用的研究，分析了聚丙烯 2 长安大学硕士学位论文 睛纤维对提高水泥砂浆混凝上抗裂作用的机理。 梅爱华f 5 】通过研究发现，在普通砂浆中掺加聚丙烯纤维可以明显提高砂浆的抗渗性， 减小砂浆的干燥收缩率；抗折强度有一定程度的提高；2 8 d 前抗压强度有所下降，随着龄 期的增加，抗压强度有所回升。并结合工程实践，发现聚丙烯纤维具有如下基本工程技 术特点及优势：a ) 在砂浆中加入适量聚丙烯纤维可以阻止开裂并达到良好的抗渗效果； b ) 聚丙烯纤维砂浆可有效弥补结构自防水、屋面防水等现代工程技术创新应用与发展的 技术性能缺陷；c ) 聚丙烯纤维砂浆用于墙体抹灰，可以部分或全部替代钢丝网的构造作 用；d ) 低掺量的聚丙烯纤维砂浆具有抗冲击、耐磨、增韧、防腐等耐久性能均有较好的 优势，且制拌工艺简单。 聚丙烯纤维砂浆的理论研究目前还不太深入，一般局限于低掺量聚丙烯纤维在砂浆 中的阻裂、抗渗、抗冲击等耐久性方面的机理分析与探讨：另外，通过大量的实验研究、 应用分析，摸索出一些聚丙烯砂浆性能以及应用中的关键技术与方法如：纤维的合理用 量、搅拌方法、纤维长短等对聚丙烯纤维砂浆性能的影响。下面根据有关资料概述聚丙 烯纤维砂浆的一些试验研究结果。 目前外墙的渗漏是许多工程难以解决的技术难题，其中的外墙批荡砂浆出现空鼓及 开裂、抗渗性能差等，是外墙渗漏的主要原因。当在砂浆中加入纤维，情况则大大改观， 不仅砂浆与墙体的粘结性能良好，而且墙体的整体抗渗抗漏效果也很好。在施工操作上， 制作纤维砂浆时无需特殊工艺，只需比一般的砂浆多搅拌1 2 m i n 即可，纤维和易性好， 能充分分散，且耐酸耐碱。总之，聚丙烯纤维优良的品质可以成为解决外墙抗渗漏的优 良辅助材料。 尚敏【6 】通过对纤维水泥砂浆各种性能的研究发现：碳纤维对水泥砂浆的断裂韧性提 高最明显，其次是聚丙烯纤维，但是碳纤维价格吊贵，因此，综合起来看，应该选择聚 丙烯纤维作为砂浆增强的纤维材料。一般说来，随着聚丙烯纤维长度的增加、纤度的减 小、掺量的增大均在不同程度上改善了水泥砂浆的断裂韧性。对聚丙烯纤维进行表面物 理和化学的改性处理对于优化纤维水泥复合材料的性能大有益处，通过比较，三种化学 改性方法中，经表面氧化处理的聚丙烯纤维水泥砂浆性能最优。由此预测，这种改性聚 丙烯纤维水泥砂浆能够弥补目前小砌块墙体易发生脆性开裂的不足之处，对小砌块这一 新型墙体材料的推广具有深远的意义。 ( 2 ) 钢纤维水泥砂浆 钢纤维增强是提高水泥砂浆韧性的一项有效措施，目前多数研究工作都采用单一尺 3 第一章绪论 寸钢纤维作增强材料。由于水泥基材料( 水泥净浆、水泥砂浆、混凝土) 具有多层次特 征，因此宜掺入不同尺寸的钢纤维与基体各结构层次相匹配，以达到从整体上优化其力 学性能的目的。 有研究剖7 8 】用中等和较大直径的钢纤维代替部分微细钢纤维对混凝土进行混杂增 强。结果表明此举不仅可提高混凝土的综合力学性能，而且拌和物的工作性也因钢纤维 总体积分数较低而在一定程度上得到改善。 吴科如、李淑进【9 】采用2 种不同直径的钢纤维，即微细钢纤维和中等直径钢纤维混 杂增强水泥砂浆，得到在同一钢纤维体积分数下，混杂钢纤维对水泥砂浆力学性能的改 善作用优于单一直径钢纤维。 ( 3 ) 碳纤维水泥砂浆 水泥砂浆混凝土作为现代最大宗使用的建筑结构材料，其良好的力学性能与耐久性 能往往最受人们关注。近年来，由于社会的进步和科技的发展，一些新的概念不断提出， 而水泥、混凝土工作者也不断将研究目光投向水泥、混凝土力学性能之外的其它功能， 如电性能、瓷性能等。在大体积混凝土的施工过程中，尤其像三峡这样关系到国计民生 的超大体积混凝土施工过程中，由于水泥的水化化学反应产生了大量热量，使混凝土内 部产生了很大温差，从而引起了混凝土开裂。为了控制温差，通常需要在混凝土内部预 埋热电偶或温度传感器以进行温度控制，但这一方面提高了工程造价，而另一方面又引 起了结构的局部应力集中，导致了微裂纹的产生，从而使得结构的耐久性降低。 将短切碳纤维均匀地分散与水泥砂浆混凝土中，不仅能显著提高材料结构的抗弯强 度、抗拉强度和韧性，而且能赋予其具有某些半导体的特殊性能，如热电性能等。孙明 清等【1 0 】早在1 9 9 8 年便报导了碳纤维水泥基复合材料具有热电效应，而在素水泥砂浆中 则没有此效应产生。此后，w e l l 等1 又指出碳纤维的掺入能显著改善热电效应的线性 和可逆性。而陈兵等【1 2 】研究了碳纤维的掺量对热电性能的影响，并通过掺入微细钢纤维 进行比较，同时探讨了热电效应的作用机理。另外，对水泥砂浆混凝土材料本身作为温 度传感器，实现大体积水泥结构温度自监控也进行了研究。 碳纤维不但高强、质轻、耐腐蚀，而且具有良好的导电性能。研究证明，将碳纤维 掺入水泥砂浆中可以明显提高它的抗折、抗压等力学性能。同时由于碳纤维是导电材料， 故可使碳纤维水泥砂浆对应力和应变具有电机敏性。因此，在水泥制品中掺入碳纤维有 着十分广阔的应用前景。 然而，碳纤维价格昂贵影响了它的工程应用。因此，考虑以工程中常用的廉价纤维 4 长安大学硕上学位论文 替代部分碳纤维，使之保持具有机敏材料的电特性，且强度基本上保持不变，并大大降 低成本。黄满华，谢慧才等【1 3 】选用了聚丙烯睛( p 纤维和聚乙烯醇( p v a ) 纤维这两 种应用广泛的纤维，在保持纤维总掺量不变的前提下，用不同比例的p a n 纤维和p v a 纤维替换部分碳纤维制作混杂纤维水泥砂浆，以考察两种纤维混杂的作用效果。最终得 出结论：混杂纤维砂浆与纤维总掺量相同的碳纤维砂浆相比具有更强的电机敏性，并可 保持其力学性能基本不变，特别是能大大地降低材料成木，具有一定的经济效益，有利 于碳纤维水泥砂浆作为机敏材料的推广应用。 1 1 1 4 纤维水泥砂浆的应用现状 自2 0 世纪7 0 年代初，美国希尔兄弟化学公司开发研制出一种高强聚丙烯单丝纤维 ( 称之为杜拉纤维) 后，聚丙烯纤维在美国、英国、加拿人、澳人利亚、日木、韩国、 墨酉哥以及东南亚的混凝土工程中得到了相当广泛的应用。2 0 世纪9 0 年代初，美国生 产的杜拉纤维产品通过商业渠道进入我国，成为聚丙烯纤维混凝土( 砂浆) 在中国大量应 用的契机。目前我国采用聚丙烯纤维混凝土( 砂浆) 的工程实例数以千计，广泛应用于高 速公路、桥梁、机场跑道、港口码头、贮水池、水利工程( 渠道、混凝土面板坝等) 工业 及民用建筑( 预制构件、喷射混凝土、地下室、屋面、内外墙抹灰) 等工程。 聚丙烯纤维砂浆的用途十分广泛：a ) 对抗裂要求严格的场合；b ) 对温度裂缝、抗冻 要求较高的场合；c ) 防水抗渗要求较高的部位，作为结构刚性自防水材料；d ) 要求抗酸、 抗碱、抗腐蚀的场合；e ) 对抗冲击、抗震、耐磨要求较高的工程；f ) 陡坡加固、喷射混 凝土、灌浆等以加强其内部支撑及粘结性能；g ) 要求非磁性加强材料场合；h ) 要求减少 灰浆跌落、防止空鼓现象与饰面开裂的水泥砂浆打底等。 聚丙烯睛纤维已在大量的工程中得以应用，领域涉及路面、桥面、建筑、隧道、港 口、码头、机场等，聚丙烯睛纤维的掺入，有效地控制了混凝土裂缝的产生和发展取得 了良好的使用效果。 在天津张贵庄快速路立交桥桥面铺装混凝土中添加了1 o k ：m 3 的聚丙烯睛纤维， 混凝土的设计等级为c 4 0 。从现场情况来看，聚丙烯睛纤维加入混凝土后，搅拌时间仅 延长了1 5 秒左右纤维即已均匀分散，且纤维的工作性能有了显著改善，整体性提高， 未出现泌水、离析的现象，泵送性能良好。施工完毕后，1 万多平米混凝土桥面铺装层 几乎未出现裂缝，纤维的抗裂效果非常显著。在其他的很多工程中，聚丙烯睛纤维的使 用同样取得了良好的使用效果1 4 1 。 武汉市四季彩城欣苑工程，外墙粉刷面层根据工程特点使用了聚丙烯纤维砂浆。该 5 第一章绪论 工程项目建筑面积12 3 6m 2 ，框剪结构，采用现浇钢筋混凝土结构体系，围护结构采用 轻质节能加气混凝土空心墙体材料，外砖墙厚2 5 0m m ，外装修采用涂刷建筑外墙涂料。 该工程框剪结构部分混凝土强度等级为c 3 0 ，使用中粗砂和1 5 _ 3 0m m 粒径的碎石，混 凝土坍落度为1 6 0m m ，混凝土浇筑采用现场搅拌施工。砂浆中掺料选用美国某公司的 束状单丝聚丙烯纤维，单丝长度1 9m m 。聚丙烯纤维抹灰砂浆采用武汉梅山牌3 2 5 号硅 酸盐水泥，m x = 2 ：3 的中粗黄砂，其施工配合比( 重量比) 为：水泥：砂：水：u e a ：f d n ： 聚丙烯纤维= 1 ：2 2 3 ：0 7 0 ：0 3 ：0 1 ：0 0 0 3 。通过该工程外墙聚丙烯纤维砂浆面层 的施工，极为明显地提高了外墙的抗裂防渗性能，改善了批荡面层的观感质量，有效地 弥补了工程设计和施工技术缺陷，降低了工程造价并节约了工程施工和修缮成本。该工 程由于各分部分项施工质量控制有力，施工技术先进，基本上杜绝了住宅工程质量通病 的出现，并被评定为2 0 0 2 年度黄鹤杯优良工程【3 1 。 1 1 2 干混砂浆的发展现状 随着现代住宅建设的发展和人们对居住环境的日益关注，以及建筑工业对建筑工艺 要求的不断提高，建筑工程对建筑砂浆的强度、功能性等提出了更高的要求。传统砂浆 由于种种缺陷而无法满足现代建筑的要求，必将退出建筑工程的历史舞台。为了适应现 代建筑业发展的需要，一种具有优良特性的新型建筑砂浆正在蓬勃发展，它就是干混砂 浆。 1 1 2 1 传统砂浆的弊端 我国的建筑砂浆多年来一直是现场人工配制的，目前仍然是以这种制作方式为主。 相比较于商品混凝土的广泛应用，商品砂浆显得十分落后。随着建筑工程质量更高的要 求，改革传统的砂浆制作方式日益感到急迫。 传统的砂浆制作方式不能适应我国建筑业的发展需要，这主要表现在以下几个方面 【1 2 】：( 1 ) 计量不够精确；( 2 ) 细骨料粒径不能实现合理级配；( 3 ) 外加剂难以应用；( 4 ) 施工效率低，物料浪费大，污染较严重；( 5 ) 砂浆的品种有限。 1 1 2 2 传统砂浆的性能有待提高 传统砂浆同混凝土一样是脆性材料，存在着拉压比低，干缩变形大，抗渗性、抗裂 性、耐腐蚀性差等缺点。近年来，随着混凝土砌块和各类墙板的大量应用，以及对外墙 抗裂、抗渗要求的提高，对砂浆性能特别是粘结强度和抗裂性能均提出了更高的要求， 传统砂浆的脆性过大，粘结力不足的缺点就不能够满足实际工程的要求。这主要体现在 以下几方面： 6 长安人学硕士学位论文 1 ) 现在先进的建筑技术采用了众多振动或变形稳定性并非很好的基材，例如木材 或薄水泥板等，其基材自身会发生运动，由此而产生的应力只能由具备充分韧性的砂浆 加以吸纳。 2 ) 装修时常要求在光滑的基材如p v c 或瓷砖上进行粘合，传统砂浆根本不能与这 些基材形成牢固的粘合。 3 ) 将瓷砖铺贴到新浇混凝土上之前，由于混凝土在收缩的同时又会使粘合产生应 力，所以必须遵守一定的静置时间。砂浆的韧性越高，其吸收的应力也越多，新浇混凝 土可越早粘贴瓷砖。 4 ) 瓷砖与水泥的粘合以水泥凝胶体渗入瓷砖背面孔隙为基础。先进的瓷砖制造技 术使瓷砖背面孔隙明显减少，粘合性能显著减弱，若采用传统砂浆则不能够形成牢固的 粘结【1 5 1 6 1 。 1 1 2 3 发展干混砂浆的必然性 相对于在施工现场配制砂浆的传统工艺，干混砂浆具有以下优点【1 7 】： 1 ) 品质稳定目前施工现场配制的砂浆质量不稳定，而干混砂浆采用工业化生产， 对原材料和配合比进行严格控制，确保砂浆质量稳定、可靠。 2 ) 工效提高采用干混砂浆如同商品硷，不仅提高了生产效率，而且施工效率也 得到很大提高。 3 ) 质量优异如自流平砂浆，在施工现场加水搅拌均匀后只需倒在地面，轻推到 墙角即可获得平整度高、表面光滑的地坪。 4 ) 品种齐全干混砂浆包括的产品范围很广，几乎能满足建筑工程砂浆的所有施 工要求。 5 ) 施工文明当前，市区施工现场狭窄、交通拥挤，采用干混砂浆可以取消现场 材料堆场，便于施工物料管理，保证施工现场整洁文明。 1 1 2 4 干混砂浆的研究及应用现状 干混砂浆于1 8 9 3 年在欧洲首先发明，由奥地利的特里诺瓦( t e r r a n o v a ) 首先申请 矿物质纹理外观的饰面干混砂浆的生产专利【1 8 1 。然而，2 0 世纪5 0 年代以前，欧洲绝大 部分仍然使用现场搅拌砂浆，干混砂浆产业的兴起是在二次大战后的奥地利、德国。商 品砂浆首先是以预拌砂浆的形式出现，后来逐步发展了干混砂浆。5 0 、6 0 年代期问，在 西欧和美国，尤其是德国，建筑行业对新型建筑材料和技术的需求增长迅速。因此，西 方国家建筑行业对从技术上去开发和提高适用于特殊用途的建筑材料。从2 0 世纪6 0 年 7 第一章绪论 代到8 0 年代，中欧各国的增长强劲，现在发展主要在东欧和西欧，以及亚洲和拉丁美 洲的一部分市场。 目前，在欧、美、日等发达国家和地区干混砂浆技术得到广泛应用，已基本取代了 传统技术。在欧洲，1 0 0 万人口的城市差不多就有2 个干混砂浆生产厂。德国、奥地利、 芬兰等国家早已经将干混砂浆作为主要的砂浆类建筑材料，俄罗斯、法国、瑞典、匈牙 利、波兰等国家的产量也逐年成倍增长。目前世界上最大的两个商品砂浆生产国是美国 和日本【1 9 l 。但是干混砂浆利用最多、利用情况最好的是德国。在德国国内有7 0 多个干 混砂浆工厂，且德国的m a x i t 公司是欧洲最大的干混砂浆生产企业，其在欧洲的年销量 达5 0 0 多万吨。 在发展中国家，干混砂浆也有较快的发展。一些亚洲国家( 如新加坡、泰国、马来西 亚等) 虽起步较晚，但发展非常迅速。1 9 8 4 年，新加坡建立第一个干混砂浆生产厂，主 要生产墙面砂浆产品。马来西亚于1 9 8 7 年也投产了一条干混砂浆生产线，同样用于生 产墙面砂浆产品。 我国干混砂浆的发展起步较晚，直到上世纪9 0 年代末才开始加大宣传力度和采用 政府政策引导、干预的措施，积极灌输商品砂浆的观念，通过投入一定的人力、物力进 行开发研究，以科研单位牵头制定了一些规程，取得了一定的成绩。1 9 9 8 年广东省建成 国内第一条干混砂浆生产线；香港特别行政区2 0 0 0 年4 月建成投产一家年产1 5 万t 的 干混砂浆生产厂，目前主要生产墙面砂浆及瓷砖粘结剂；上海水泥厂2 0 0 1 年投产一条 生产线，设备与原材料均取自国内，年生产能力1 5 万t 2 0 ；北京、湖南、浙江、江苏 等省市也开展了应用技术研究，并陆续有生产线建成。 目前，国外研究的关键点及问题集中在新品种的开发、微量成分的作用机理研究、 生产及施工机械研究和降低成本上【2 1 2 3 1 。而我国对干混砂浆的研究，还处在生产工艺和 应用技术研究阶段，不管是研究、生产、技术、设备还是服务，都远远落后于国外。目 前各地开展的研究工作主要集中在：( 1 ) “本地化 生产，研发适合本地使用的最佳配料 方案：( 2 ) 开发满足用户需要的新品种；( 3 ) 开发国内的生产设备、质量检测仪器设备和 工艺测试手段；( 4 ) 降低成本，主要集中在降低生产设备投资和降低生产成本两个方面。 1 2 水镁石纤维增强水泥基材料的发展现状 1 2 1 水镁石纤维的性能 水镁石又称氢氧镁石，为一种新型的非金属矿资源，是已知的含镁量最高的矿物。 在俄国、美国、加拿大等国有较早的开发，已应用在建材、造纸、橡胶、翔料等领域。 8 长安大学硕士学位论文 我国的水镁石资源丰富，类型齐全，近几年相继在辽宁、吉林、陕西、四川等地发现并 开发。水镁石常见的构造有块状、球状和纤维状。其中，纤维状水镁石是一种独特的天 然纤维原料，我国的储量居世界之首，已引起国内外的关注。 纤维水镁石外观洁白或灰白，手感光滑，纤维丰富，抗拉强度达9 0 0 m p a ，属中等 强度纤维，同时具有良好的劈分性、亲水性和水分散性，可替代石棉、玻璃纤维、植物 纤维、有机纤维作补强增强材料【矧。 水镁石纤维是一种天然纤维材料，已经证明它是一种对人体无害的纤维状矿物。水 镁石纤维矿是我国的优势矿产资源【拴2 7 1 。 1 2 2 水镁石纤维在水泥基材料中的应用 水镁石纤维作为一种新纤维材料，可以单独或与其它纤维混用增强各种水泥制品， 如：增强轻质空心隔墙条板；全部或部分替代石棉生产水泥板、瓦；增强硅酸钙板和微 孔硅酸钙板【2 4 1 。 同时，水镁石纤维在砂浆和混凝土中也有了一些研究，但研究的还很少。水镁石纤 维具有优良的力学性能、抗碱性能、水分散性能及环境安全性，与水泥具有很好的相容 性和结合强度。研究水镁石纤维水泥基复合材料对于提高我国水泥混凝土的性能、发挥 水镁石纤维矿物的作用，合理利用我国的优势资源，都具有很大意义。已有研究结果表 明：水镁石纤维掺量在2 以下时，纤维对水泥砂浆的用水量和流动性影响不大，且能 够提高水泥砂浆的抗折强度和抗压强度。其中纤维掺量为1 2 时，试件的3 d 、7 d 、 2 8 d 的抗折强度分别提高了2 2 6 、2 1 7 和2 7 2 ，2 8 d 的抗压强度提高了3 7 5 ， 体现了水镁石纤维对水泥砂浆很好的增强增韧作用【2 8 1 。此外，由于水镁石纤维是在碱性 介质条件下形成的，是一种组分简单的碱性矿物，具有很好的抗碱性能，在强碱中稳定 性好，碱失量为2 左右，远强于抗碱玻璃纤维。而且天然产出的水镁石以短纤维为主， 水镁石短纤维应用于水泥混凝土中，操作工艺性能很好。与疏水性的聚丙烯纤维、尼龙 纤维等有机纤维相比，水镁石纤维具有亲水性，因而应用于水泥混凝土中还有利于混凝 土的保水性和粘聚性的提高。同时，水镁石纤维有利于提高混凝土的疲劳寿命。 1 3 本文主要研究内容 纤维砂浆是砂浆的一个研究方向，水镁石纤维砂浆的研究才刚刚开始，值得进一步 深入研究。同时，作为砂浆的发展趋势之一的干混砂浆，纤维砂浆也应该向这方面靠拢。 本论文的研究任务是将水镁石纤维加入净浆、砂浆后，研究其对净浆、砂浆的性能 9 第一章绪论 影响。从中优选出合适的纤维掺量、纤维掺加方法、其它外加剂的加入量，从而对水镁 石纤维砂浆的配合比设计起指导作用。在此基础上，根据干混砂浆的规范要求，进一步 设计水镁石纤维干混砂浆的配合比。 1 0 长安大学硕士学位论文 第二章试验研究概况 2 1 原材料情况及分析 2 1 1 胶凝材料水泥 通常情况下，干混砂浆宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，并 应符合相应标准的规定，必须为新鲜、干燥、未被污染或积压成块。 本文试验选用宝鸡众喜水泥有限公司生产的4 2 5 级普通硅酸盐水泥，其基本性能 见表2 i 表2 1 水泥的技术指标 工程使用部位生产厂家宝鸡众喜水泥有限公司 水泥品种出厂编号出厂日期、批号代表批量取样地点 p 0 4 2 52 0 0 6 1 2 3 1 4 0 0 屯陕西盛泰混凝土公司 养护条件 温度2 0 4 - i o c 湿度l o o 使用标准 g b l 7 5 - 1 9 9 9 负压筛，水泥净浆搅拌机，标准法维卡仪，水泥胶砂搅拌机，水泥振实台，标 主要检测仪器 养箱，抗压机，抗折机 检验结果 物 项目国家标准要求实测值 标准稠度用水量j l 2 4 2 理 细度 1 03 6 比表面积| 性 凝结 4 5 m i n4 5 m i n1 3 0 m i n 时间6 0 0 m i n6 0 0 m i n1 8 0 m i n 能 安定性合格合格 力 抗折强度( m p a )抗压强度( m p a ) 学 标准值平均值标准值平均值 性3 d3 54 9 1 6 02 1 9 能 2 8 d6 58 74 2 54 4 6 结论所检指标符合g b l7 5 - 19 9 9 标准 2 1 2 细集料砂 普通干粉砂浆用砂应符合普通混凝土用砂质量标准及检验方法( j g j 5 2 ) l j 4 j 规定， 且砂的最大粒径应通过5 r a m 筛孔，干燥后砂的含水率应小于0 5 l2 9 1 。砂的细度模数和 颗粒级配对砂浆的性能有一定的影响，所以普通干粉砂浆应选用中砂或者粗砂。本试验 第二章试验研究概论 用砂为天然河砂，基本物理性能见表2 2 表2 2 砂的技术指标 砂子种类中砂产地灞河 代表批量 4 0 0 m 3 取样地点盛泰砼公司测试环境温度2 0 c 湿度5 8 使用标准g b t 14 6 8 4 - 20 0 1 检测结果 检测项目检测结果 检测项目检测结果 表观密度k g m 3 2 6 6 0 有机物含量 堆积密度k g m 3 1 5 8 0 云母含量 紧密密度k g m 3 1 6 8 0 轻物质含量 含泥量 3 6 坚固性 泥块含量0 2 硫酸盐硫化物 氯离子含量碱活性 含水率 吸水率 颗粒级配 9 5 04 7 52 3 61 1 8 6 0 03 0 01 5 0 筛孔尺寸 细度摸数 i l 蚰m mi l nm m i lm umum 级 i 区01 0 03 5 56 5 - 3 58 5 7 19 5 - 8 01 0 0 - 9 0 配i i 区01 0 02 5 05 0 - 1 07 0 - 4 19 2 - 7 01 0 0 9 03 0 区 i 区01 0 - 01 5 0 2 5 加4 0 - 1 6 8 5 5 51 0 0 - 9 0 实际累计筛余 o92 23 86 38 79 6 结论该批砂子符合g b t 1 4 6 8 4 2 0 0 1 中i i 类要求 2 1 3 水镁石纤维 水镁石是一种非