聚丙烯纤维对环氧树脂砂浆性能影响研究

郑文，田青

（中建西部建设湖南有限公司，湖南 长沙 410000）

0 前言

环氧树脂水泥砂浆是以环氧树脂代替部分水泥作胶结材料，使集料粘结并固化的一种浆材[1]，这种以环氧树脂为基体，以水泥砂浆作为填料配制而成的高性能灌浆料除具有普通水泥砂浆和传统的环氧树脂化学灌浆材的优良性能以外，还具有粘结强度高、施工方便、抗渗性能好、对环境无污染、使用方便等优点，更富于高强性和经济型[2]。

刘其城[3]等人用 ESEM 研究了从新拌到不同龄期的改性水泥浆体的结构演变过程，发现环氧树脂浆液确实吸附在水泥颗粒表面成膜，并存在于砂浆的微裂缝中起到搭接裂缝的作用。胡敢峰[4]对环氧树脂改性水泥砂浆的孔结构进行研究，提出聚合物不连续的薄膜的填充作用，改善了硬化水泥浆体的毛细孔结构，使大毛细孔（＞100nm）明显减少，小毛细孔（10～100nm）增加，从而改善了浆体的力学性能和耐久性。但有研究证明环氧树脂砂浆后期干缩性能明显[5]，而聚丙烯纤维能减少水泥砂浆的收缩裂缝[6]。在浇灌后的硬化过程中，由于砂浆内部的收缩，裂缝就会不可避免地产生[7,8]，当有大量的合成纤维均匀地分布于砂浆当中时，延缓或阻止了砂浆出现裂缝，本文旨在探讨通过添加不同长度、不同掺量的聚丙烯纤维改善环氧树脂乳液改性砂浆的力学性能及干缩性能。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

（1）水泥：采用海螺水泥有限公司生产的 P·O42.5水泥，比表面积为 350m2/kg，密度为 3.12g/cm3。具体化学分析及组成见表 1。

（2）河砂：各项指标见表 2，其他指标符合 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的规定。

表1 基准水泥熟料化学分析及矿物组成

表2 细集料基本性质

（3）环氧树脂：采用水性环氧树脂（A 液 : B液= 1:2）；聚丙烯纤维：长度分别为 6mm、9mm、12mm，性能见表 3。

表3 聚丙烯纤维物理性能

1.2 试验方法

1.2.1 水泥砂浆配合比

根据 JGJ/T 98—2011《砌筑砂浆配合比设计规程》进行试验，基准试验一组，试验组水性环氧树脂的掺量分别占水泥质量的 2%、4%（A液 : B 液 = 2:1），聚丙烯纤维掺量分别为 0.2%、0.4%、0.6%。

1.2.2 抗折强度和抗压强度

试验根据 DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行成型（试件尺寸 40mm×40mm×160mm）和养护，养护至规定龄期测定砂浆抗压及抗折强度。

1.2.3 干缩试验方法

在水中养护 2 天后，取出试件，湿布擦去试件表面水分及钉头污垢，用比长仪测出初始读数 L0。而后将试件移入养护箱，养护温度控制在 (20±3)℃，相对湿度为 (50±4)%，测量不同龄期试件的长度来确定水泥胶砂的干缩性能。砂浆的干缩率按下式计算：

式中：

εt——聚合物改性水泥砂浆的收缩率，%；

L0——初始读数，mm；

Li——不同龄期的测量读数，mm；

Ld——埋入砂浆两个收缩头的长度之和，mm；

L——试块标准长度，mm。

2 试验结果与分析

2.1 环氧树脂砂浆的性能测试结果

2.1.1 强度

环氧树脂乳液改性水泥砂浆的强度试验结果见表4。

表4 环氧树脂乳液改性水泥砂浆的强度

由表 4 可知，随着环氧树脂的掺量的加入，水泥砂浆的抗压强度有所下降，但是下降的幅度不是特别大。在环氧树脂的掺量为 2% 时，砂浆抗折强度比基准水泥砂浆有所减小；当环氧树脂掺量为 4% 时，它的早期抗折强度相对是降低的，但是在后期，其强度得到一定程度的提高。

2.1.2 干缩率

环氧树脂乳液改性水泥砂浆的干缩率试验结果见表5。

表5 环氧树脂乳液改性水泥砂浆的干缩率

由表 5 可知，随着环氧树脂的掺量增加干缩率增大，水泥砂浆的干缩性能呈现增大趋势。在环氧树脂的掺量为 4% 时其水泥砂浆的变化量较大，当环氧树脂的掺量为 2% 时，干缩值相对较小，得到相对稳定的水泥砂浆。

2.2 聚丙烯纤维对环氧树脂砂浆的性能测试结果

试验取环氧树脂的掺量为 2% 为定量，加入不同长度（6mm、9mm、12mm）、不同掺量（0.2%、0.4%、0.6%）的聚丙烯纤维到之前的环氧树脂砂浆中，以探讨聚丙烯纤维对环氧树脂砂浆性能的影响。

2.2.1 强度

聚丙烯纤维环氧树脂乳液改性水泥砂浆的强度试验见表 6 和图 1。

表6 聚丙烯纤维环氧树脂乳液改性水泥砂浆的强度

图1 聚丙烯纤维环氧树脂改性水泥砂浆抗折强度

由图 1 可以看出，在纤维长度为 6mm 时，随着纤维含量的增加，对水泥砂浆的抗折强度有着一定的改善。加入纤维的砂浆早期抗折强度在不断下降，而后期强度都有着明显的提高，在纤维掺量为 0.2% 时，其后期强度最高。纤维的长度为 9mm 时，随着纤维含量增加，砂浆的早期强度一直在下降。在中期时，水泥砂浆的抗折强度开始呈现递增的趋势。而在 28d 龄期后，其抗折强度明显高于普通环氧树脂水泥砂浆，并在纤维含量为 0.2% 时，抗折强度达到最大，强度增大了 10%。在纤维的长度为 12mm 时，随着纤维含量的增加，在掺量为 0.2% 时，其早期强度达到最低。之后随着含量的增加，其抗折强度一直在增加。而后期强度呈现增大的趋势，它的抗折强度都大于普通环氧树脂水泥砂浆的抗折强度，在掺量为 0.4% 时，后期强度达到最高。在纤维的掺量为 0.2% 不变时，随着纤维长度的增加。砂浆的早期强度都比普通环氧树脂水泥砂浆低，而到了 28d龄期，其抗折强度明显高于普通环氧树脂水泥砂浆的抗折强度。在纤维的长度为 9mm 时，它的后期强度最高。

图2 聚丙烯纤维环氧树脂改性水泥砂浆抗压强度

由图 2 可知，在加入聚丙烯纤维的水泥砂浆的早期抗压强度都低于普通环氧树脂砂浆，而后期抗压强度都比普通环氧树脂水泥砂浆强度要高。在纤维长度为12mm、掺量为 0.4% 时，其后期强度达到峰值，抗压性能最好。

2.2.2 干缩率

聚丙烯纤维环氧树脂乳液改性水泥砂浆的干缩率试验结果见表 7 和图 3。

由表 7 和图 3 分析可知，在纤维掺量为 0.2% 时，在纤维长度为 6mm 和 12mm 时，水泥砂浆的早期干缩和后期干缩值都比普通环氧树脂水泥砂浆干缩值要大，而在纤维长度为 9mm 时，它的水泥砂浆的干缩性能最好，不论在早期还是后期，它的干缩值都比普通环氧树脂水泥砂浆的干缩值要小，对水泥砂浆的干缩性能有着一定的改善作用。在纤维的掺量为 0.4% 时，长度为9mm 时，它的干缩性能比普通环氧树脂水泥砂浆的干缩率还要高；在纤维的长度为 6mm 和 12mm 时，水泥砂浆的干缩率都比较小，比普通环氧树脂水泥砂浆的干缩率要低，都能起到一定的改善环氧树脂水泥砂浆干缩性的作用；其中长度为 6mm 时，它的干缩值最小，性能也是最好的。在纤维的掺量为 0.6% 时，长度为 6mm时，对环氧树脂水泥砂浆的干缩性能没有起到有效的作用；在长度为 9mm 和 12mm 时，对水泥砂浆的干缩性有改善；长度为 9mm 时，在早期干缩值比较低，但是在后期干缩值就有点偏大了，其中性能最好的还是12mm，不仅在早期还是后期，它对改善环氧树脂水泥砂浆的干缩性能是最好的。

表7 聚丙烯纤维环氧树脂改性水泥砂浆的干缩率

图3 聚丙烯纤维环氧树脂改性水泥砂浆的干缩率

在长度固定为 6mm 时，聚丙烯纤维的掺量为 0.4%时，水泥砂浆的干缩性能最好；掺量在 0.2% 和 0.6%时，水泥砂浆的干缩性比普通环氧树脂砂浆的要差。在长度固定为 9mm 时，聚丙烯纤维的掺量为 0.2% 时，水泥砂浆的干缩性能最好；掺量为 0.4% 和 0.6% 时，比普通环氧树脂砂浆的干缩性要差。在长度固定为12mm 时，聚丙烯纤维的掺量为 0.6% 时，水泥砂浆的干缩性能最好，基本不发生形变；掺量为 0.4% 时，其水泥砂浆的干缩性次之；掺量为 0.2% 时最差。

3 结论

通过环氧树脂砂浆以及聚丙烯纤维对环氧树脂沙浆的试验，探究聚丙烯纤维对砂浆的力学性能和干缩性能的影响规律。主要的研究结论如下：

（1）在水泥砂浆工作性能方面，环氧树脂乳液对水泥砂浆有一定的增韧作用。

（2）在水泥砂浆力学方面，一定掺量的环氧树脂乳液对普通水泥砂浆有着一定的改善，但是在早期强度还是低于一般的水泥砂浆，而后期强度就有所增大。但是相应的，掺入的环氧树脂会使水泥砂浆干缩变大，导致水泥砂浆在后期易开裂，缩短其使用寿命。

（3）在加入环氧树脂的基础上，通过加入聚丙烯纤维来改善其干缩性能。在通过加入不同含量，不同长度的聚丙烯纤维，得知在掺量为 0.2%、长度为 9mm，掺量为 0.4%、长度为 6mm，掺量为 0.6%、长度为12mm 时，聚丙烯纤维对环氧树脂砂浆的干缩性能改善效果最好。并且，加入聚丙烯纤维后，能够提高环氧树脂改性水泥砂浆的后期力学性能。