新型聚丙烯纤维对抗裂砂浆性能的影响

潘永洪，伍贤翠，孔海香

（重庆建工第二建设有限公司，重庆400030）

0 引言

聚丙烯纤维，又称工程纤维、抗裂纤维、防裂纤维等，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。加入混凝土或者砂浆中可有效地控制混凝土（砂浆）固塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝。该试验所使用的聚丙烯纤维是由重庆某厂生产的一种经过表面处理的新型聚丙烯单丝纤维，该纤维不与骨料、外加剂、掺合料、水泥等发生化学反应，性质稳定[1]。

该实验研究的目的是通过分析在不同新型聚丙烯纤维掺量的情况下，砂浆各种性质变化情况，得出聚丙烯纤维使砂浆具有最佳工作性能、抗裂性能等的掺量。

1 原材料

1.1 水泥（见表1）

表1 水泥化学成分及含量

1.2 新型聚丙烯纤维（见表2）

表2 新型聚丙烯纤维（NPF）性质

1.3 其他材料

实验使用的其他材料还有：粉煤灰（FA）、聚苯颗粒（PP）、木质纤维（WF）、乳胶粉（VAE）、纤维素醚（HPMC）、拌合用水等。

2 实验配比及实验方法

2.1 实验配比

实验考查新型聚丙烯纤维（NPF）的掺量对保温砂浆性能的影响，采用单因素分析方法进行试验分析，得出最佳掺量。具体配比见表3。

表3 试验配合比（1m3保温浆料用量）

2.2 实验方法

砂浆稠度、分层度、湿密度、收缩试验按《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ70-2009进行测试，砂浆力学性能（抗压强度和抗折强度）按《水泥胶砂强度检验方法》GB/T17671-1999进行测试，由于砂浆体系试验数据的离散性较大，为了减小试验误差，每组试件成型6组；导热系数按照《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定》GB/T10294进行测试。

砂浆开裂指数试验按照图1所示的方法进行测试[2]。

图1 砂浆开裂指数试验装置

砂浆装入试模后（各配比成型2块试模），在试模的长边处设置风扇，风速约为2～3m/s，风吹4h后停止，再光照24h，然后采用40倍带光源读数显微镜测量裂缝宽度及相应的长度，评定砂浆的抗裂性。

3 实验结果及分析

3.1 新型聚丙烯纤维对砂浆物理性能的影响

实验中采取固定水灰比来达到同样的工作度，以此来分析新型聚丙烯纤维掺量对砂浆各种物理性能的影响，具体性能见表4。

表4 新型聚丙烯纤维掺量对保温砂浆物理性能的影响

从表4中可以看出，当水灰比相同（接近）时，随着新型聚丙烯纤维掺量的增加，砂浆的稠度下降很大，湿密度相差不大，但是分层度下降较大，因为新型聚丙烯纤维属于高分子聚合物，水分子更易于吸附于表面，因此砂浆的稠度和分层度出现下降，说明在一定的用水量情况下，提高聚丙烯纤维的掺量，可以提高砂浆的稳定性能，更有利于砂浆的运输和停放时的稳定性。

3.2 新型聚丙烯纤维对砂浆力学性能的影响

砂浆的抗压强度和抗折强度变化见图2、图3。

图2 新型聚丙烯纤维对砂浆抗压强度的影响

图3 新型聚丙烯纤维对砂浆抗折强度的影响

从图2中可以看出，随着龄期的增长，砂浆的抗压强度随之增大，但是强度增加具有放缓的趋势。其中，在56d龄期时，掺有0.8%的新型聚丙烯纤维的砂浆的抗压强度最高，在后期的强度增长率也最大；空白组即没有掺新型聚丙烯纤维的组别当中的抗压强度最低，相比NPF8组中的砂浆强度大概降低约16%，因此新型聚丙烯纤维在提高砂浆的抗压强度方面具有重要的作用。

从图3中可以看出，随着龄期的增长，砂浆的抗折强度逐渐增强，但是后期抗折强度的增长速率有所放缓。在早期，没有掺新型聚丙烯纤维的砂浆试件的抗折强度一直处于较低水平，因此，新型聚丙烯纤维的加入对砂浆的抗折强度具有一定的提高作用；在后期的抗折强度中，掺有水泥质量的0.8%的新型聚丙烯纤维的砂浆具有最高的抗折强度；在56d龄期时，抗折强度已经高于空白组20%左右。这说明此新型聚丙烯纤维对砂浆的后期抗折强度具有积极的作用。

3.3 砂浆开裂指数实验

砂浆开裂指数试验是利用自制模具，成型后的试件和实验装置见图4、图5。

图4 砂浆开裂指数实验试件

图5 砂浆开裂指数实验装置（上带光源）

新型聚丙烯纤维砂浆抗裂实验的裂缝分布情况和开裂指数的对比见表5。

表5 新型聚丙烯纤维砂浆试验的裂缝宽度分布情况和开裂指数

从表5中可以看出，在没有加入新型聚丙烯纤维的砂浆中，裂缝比较宽且长，而加入水泥质量比为0.6%的聚丙烯纤维之后，裂缝的分布发生明显变化，裂缝宽度则主要集中在0.5～2mm之间，随着掺量的增加，这种趋势更加明显。但是当掺量达到1.0%时，砂浆开始出现细小的裂缝。可见新型聚丙烯纤维在低含量内可以有效的控制砂浆塑性裂缝的产生，降低裂缝的宽度。

3.4 新型聚丙烯纤维对砂浆导热系数的影响

保温砂浆的导热系数的测试按照 《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定—防护热板法》GB 10294-88进行测定，结果依照该标准计算获得。

实验研究了新型聚丙烯纤维的掺量对保温砂浆的导热系数的影响，具体结果见图6。

图6 新型聚丙烯纤维的掺量对砂浆导热系数的影响

随着聚丙烯纤维的加入，保温砂浆的导热系数都要比没有加入聚丙烯纤维的砂浆要低。并且随着纤维掺量的提高，砂浆的导热系数逐渐降低。由此可以看出，新型聚丙烯纤维对降低砂浆的导热系数起到了良好的作用。

4 结论

（1）新型聚丙烯纤维的加入有利于砂浆性能的稳定；纤维掺量的提高，降低了砂浆的孔隙率，可以提高砂浆的耐久性。

（2）随着新型聚丙烯纤维掺量的提高，砂浆的抗压强度和抗折强度均出现先增大后减小的趋势；要使得砂浆具有最佳的力学性能、柔韧性，新型聚丙烯纤维的掺量应该在0.8%左右。

（3）新型聚丙烯纤维的加入可以大幅度提高砂浆的抗裂性能。

（4）新型聚丙烯纤维的加入可以降低砂浆的导热系数，综合砂浆的其他性能，新型聚丙烯纤维的最佳掺量为水泥质量的0.8%。

[1]新型聚丙烯纤维概述[R].重庆：重庆市沙坪坝区敬业汽车复合材料厂，2010.

[2]李亚梅,彭家惠，徐春桃.聚丙烯纤维对外墙保温系统抗裂砂浆性能的影响[J].新型建筑材料，2008(3):81-84.