玻璃纤维水泥砂浆的力学性能研究

万春和，段秀秀

（1.诸城市墙夼水库管理局，山东诸城 262200；2.昌邑市水利局，山东昌邑 261300）

玻璃纤维水泥砂浆的力学性能研究

万春和1，段秀秀2

（1.诸城市墙夼水库管理局，山东诸城 262200；2.昌邑市水利局，山东昌邑 261300）

通过力学试验，研究不同玻璃纤维掺量和质量比相同的玻璃纤维水泥砂浆试件的抗压强度、弹性模量、泊松比等力学性能，结果表明玻璃纤维掺入量影响水泥砂浆的力学性能，且玻璃纤维的最优掺入量为2‰，可为玻璃纤维水泥砂浆的推广使用提供参考。

玻璃纤维；水泥砂浆；力学性能；质量比

水泥砂浆作为一种重要的建筑材料，在工程中的应用非常广泛,改性砂浆的应用降低了水泥用量且保证了砂浆的施工效果，是工程材料研究的一个合理方向。目前，对于玻璃纤维水泥砂浆的研究还不完善，仍不能满足现在日益需求的工程材料现状。本文通过力学试验，研究不同玻璃纤维掺量和质量比相同的水泥砂浆试件的抗压强度、弹性模量、泊松比等力学性能，并提出了影响玻璃纤维水泥砂浆力学性能的因素，为玻璃纤维水泥砂浆的推广使用提供可供参考的实验结果。

1 试验方案

本次实验主要制作圆柱体试件，用于测定玻璃纤维水泥砂浆的抗压强度、弹性模量和泊松比，各材料用量及质量比是按照行业标准《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJ/T98-2010）计算且严格按照其技术条件要求执行。

1.1 玻璃纤维水泥砂浆试件的制备

玻璃纤维水泥砂浆试件的制作，按照《建筑砂浆基本性质试验方法》（JGJ/T98-2010）的规定成型试件，用于水泥砂浆试件的力学性能实验，为得到预期结果，本实验制备质量比均为1∶4.70∶0.81的A-1、A-2、A-3和A-4四组玻璃纤维水泥砂浆试件，玻璃纤维的掺入量分别为玻璃纤维水泥砂浆试件质量的0‰、2‰、4‰和6‰。其制作过程为：

1）主要仪器设备。拌铲、量筒、电子称、拌板、试模、捣棒、刮刀等。

2）一般规定。实验室拌制砂浆进行实验所用材料与现场材料一致，拌和时实验室的温度应保持在20℃±5℃；拌制前应将拌铲、量筒和拌板等工具表面用水润湿，注意拌板上不得有积水。

3）拌合方法。按配合比称取各材料用量，将称好的砂子倒在拌板上，然后加入水泥，用拌铲拌和至混合物颜色均匀为止。

4）试件制作。将无底试模放在预先铺有吸水性较好的新闻纸（或其他未粘过胶凝材料的吸水性好的纸）的普通砖上（砖的吸水率不小于10%，含水率大于2%），试模内壁涂刷脱模剂；向试模内一次注满砂浆，用捣棒均匀由外向里按螺旋方向插捣25次，然后在四周用刮刀沿试模壁插捣数次，砂浆应高出试模顶6～8 mm。当砂浆表面开始出现麻斑状态时（约15～30 min），将高出模口的砂浆沿试模顶面削去抹平。

5）试件养护。试件制作后应在20℃±5℃温度环境下停置24 h±2 h，当气温较低时，可适当延长时间，但不超过48 h。然后将试件编号、拆模，并在标准养护条件下，继续养护至28 d±3 d，然后进行试压。

1.2 试件参数

本次实验制作的试件参数如表1所示。1.3实验方法

表1 玻璃纤维水泥砂浆试件参数

实验主要采用山东农业大学水利土木工程学院引进长春科新实验仪器有限公司研制的SAW-2000微机控制电液伺服岩石三轴实验机对玻璃纤维水泥砂浆试件做单轴压缩实验，实验机刚度达2×1010N/m、响应频率快，可以完全满足水泥砂浆单轴、常规三轴的实验要求，可以绘制应力——应变全过程曲线等。实验原理是：控制实验机的上升位移，给试件加载，至试件屈服破坏并采集实验数据，分析实验采集数据，从而得到试件从加载到屈服破坏的规律及实验试件的力学性能。其实验步骤如下：

1）测量试件尺寸并检查实验设备，开总电源前，确保实验机连接线路无误。

2）开启伺服系统和电脑，打开控制程序并设置参数。

3）在引伸计上安装试件，将引伸计安装在实验机标定压板上，开始实验。首先采用位移控制，当位移计上端面与实验机的球头垫块几近接触时，再对试件进行轴向预加荷载转换为实验力控制，最后转到变形控制，采集数据。

2 试验结果与分析

通过力学试验，绘得玻璃纤维水泥砂浆圆柱体试件的应力——应变曲线并获得其力学参数，图1和表2分别为玻璃纤维水泥砂浆试件的应力——应变曲线和力学参数。

图1 玻璃纤维水泥砂浆试件的应力—应变曲线

由玻璃纤维水泥砂浆试件的应力——应变曲线可知：玻璃纤维在水泥砂浆中的掺入量不同，玻璃纤维水泥砂浆的应力——应变曲线各不相同，与未掺玻璃纤维的水泥砂浆相比，玻璃纤维掺入量为2‰、4‰和6‰的玻璃纤维水泥砂浆应变均减小，应力抗压强度变化不等，弹性阶段的曲线斜率即弹性模量均增大，其中玻璃纤维掺入量为2‰和4‰时最为显著。因此，玻璃纤维可改变水泥砂浆的抗压强度、弹性模量和泊松比等力学性能且与玻璃纤维的掺入量密切相关。

表2 玻璃纤维水泥砂浆试件的力学参数

3 结语

通过对实验结果分析，可得到以下结论：

1）玻璃纤维在水泥砂浆中的掺入量不同，玻璃纤维水泥砂浆的力学性能也不相同，与未掺玻璃纤维的水泥砂浆相比，玻璃纤维掺入量为2‰的玻璃纤维水泥砂浆抗压强度增加8.1%，玻璃纤维掺入量为4‰和6‰的玻璃纤维水泥砂浆抗压强度分别减少3.1%和6.9%；即玻璃纤维掺入量为2‰时，可提高水泥砂浆的抗压强度；玻璃纤维掺入量为4‰和6‰时，水泥砂浆的抗压强度会明显降低；这是因为玻璃纤维过多会导致水泥砂浆中孔隙率过大而使性能降低。

2）与未掺玻璃纤维的水泥砂浆相比，玻璃纤维掺入量为2‰、4‰和6‰的玻璃纤维水泥砂浆弹性模量分别增加28.6%、18.4%和5.9%，而玻璃纤维掺入量为2‰、4‰和6‰的玻璃纤维水泥砂浆泊松比分别减少5.6%、2.8%和16.7%。这是因为在相同应力情况下，玻璃纤维含量高的水泥砂浆产生的应变大且横向应变与纵向应变之比更小，水泥砂浆的变形能力减弱。

（责任编辑 崔春梅）

TU578.1

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1009-6159（2014）-09-0029-02

2014-03-28

万春和（1962—），男，高级工程师