聚合物纤维砂浆在工程中的应用

达文艳

摘要：砂浆是土木建筑工程重要的材料。作为水泥基材料，其固有的特点是抗压不抗拉，导致在工程应用中产生一系列的问题，如容易收缩开裂等。本文通过理论分析，提出评价砂浆粘结力大小的指标，即砂浆的抗压强度。从材料、施工的角度提出了解决问题的办法：掺加纤维对砂浆进行合理的改性，提高粘结力，减少收缩，防止收缩开裂。通过试验数据，证明了纤维对砂浆抗压强度的影响。

关键词：砂浆; 纤维; 抗压强度; 粘结力

1 前言

近百年来，水泥基材料发展趋势是不断提高强度，但单一性高强化也存在一些明显的不足：材料延性、水化热、非荷载裂缝、材料耐久性等问题。在这些问题的解决过程中，产生了水泥基材料技术的飞跃。60年代，美国发明了聚合物浸渍混凝上，前苏联开发了钢丝网水泥，中国则用玻璃纤维增强水泥。

在砂浆中掺加纤维以改善其性能的方法，在各国建筑业中早有应用，其中聚合物砂浆应用最广泛。聚合物加入砂浆可以使其性能得到改善，同时又能提高普通砂浆的强度、粘结性、耐候性，降低其脆性，因而聚合物水泥砂浆的应用前景较好。

2 原材料

水泥：P.O 42.5R普通硅酸盐水泥，其80μm负压筛余量为0.1%;细砂：过5mm筛，细度模数是1.64，堆积密度1.35g/cm;纤维：采用聚丙烯纤维（生产规模满足实际施工需要）。该纤维在使用过程中不需要改变砂浆的配合比设計，通常用量为每立方米加入0.9kg。

3 聚合物纤维砂浆配合比设计

4 测试结果

在试验的过程中发现，纤维的掺入使砂浆的流动度、保水性有所改善，同时掺入纤维有效地改变了砂浆破坏形态，未加纤维的砂浆试件破坏呈崩裂状，试块侧面通常都有一到两条大的通缝，而且裂缝均是竖向发展的，破坏后通缝处及试块的棱角处的砂浆出现大量的剥落。掺加纤维后砂浆破坏较为缓和，破坏后只有零星的碎粒掉下，试块也没有大的裂缝产生，更没有看到通缝，破坏后试件裂而不散，呈现出良好的整体性。砂浆抗压强度的测试结果见表3。

5 结果分析

刚刚浇筑的砂浆因为含水率较大，表面水分大量蒸发，因而产生表皮收缩，但受到内层的限制而使表层引起拉应力，故其表层极易产生大量不规则的无固定取向的裂缝，即塑性收缩裂缝。若在砂浆中掺加适量细纤维，形成均匀分布的三维网络，则可承受因基材收缩而引起的内应力，从而抑制基材中微裂缝的生成与发展。

5.1 在塑性砂浆中的阻裂机理

水泥砂浆中水分蒸发时，表层材料形成凹液面，其上表面张力的垂直分量对管壁形成拉应力，材料处于塑性阶段。若失水收缩产生的拉应力大于塑性抗拉强度，材料表层出现开裂现象。掺入纤维后，纤维在砂浆中呈三维乱向分布，对集料起支撑作用，阻止集料沉降，有效抑制砂浆离析，使水分迁移困难，减小失水收缩形成的张力。纤维与水泥基间的界面粘结力、机械啮合力增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度，从而使表层开裂状况减轻，以至消失。

5.2 在硬化砂浆中的阻裂机理

当砂浆中一旦有裂缝产生，裂缝的前端与纤维相交，使得引起裂缝的拉应力得以削弱或消除，使裂缝的发展得到有效抑制，宽度较大的裂缝大量减少，达到了抗裂的目的。

6 结论

由试验结果知，当纤维掺量为0.05%时，其抗压强度较基准砂浆提高了17.2%;当体积掺量从0.05%增加到0.10%时，抗压强度提高5.1%;当纤维体积掺量从0.10%增加到0.15%时，其抗压强度反而呈现下降趋势，下降10.6%;继续增加纤维掺量，当掺量达到0.20%时，强度稍有回升，但仍低于体积掺量为0.10%时的抗压强度值，分析以上变化规律得出：当纤维长度相同时，随掺量的增加，砂浆抗压强度提高，但掺量达到一定值后（体积掺量为0.10%），再增加掺量其抗压强度呈现下降趋势。其原因在于：随掺量的增加，其分散性降低，有部分纤维会在砂浆中成团结坨，形成薄弱区，所以并非掺量越大越好。

由此可知，纤维的最佳掺量为0.10%，其对应的砂浆抗压强度为最大抗压强度。

在纤维体积掺量为0.10%，长度为10mm时，砂浆抗压强度比同龄期（28d）基准砂浆抗压强度提高了23%;长度为16mm时，砂浆抗压强度比同龄期（28d）基准砂浆抗压强度仅提高了12.5%，这说明增加纤维长度砂浆抗压强度下降，分析原因：增大纤维长度可提高纤维与水泥砂浆基体的粘结力，但纤维长度超过一定值后，会影响拌合物均匀性，从而影响粘结力，使砂浆抗压强度下降。因此，在工程的实际应用中应合理选择纤维的长度。

7 聚合物纤维砂浆在工程中的应用

在我国，建筑外墙的渗、漏、裂问题已日益引起人们的关注，抹灰层空鼓、裂缝也较为严重。聚合物纤维可有效提高砂浆的抗裂能力。实验表明，聚合物纤维掺量为0.9kg/m3 的砂浆其塑性裂纹比未掺纤维的砂浆减少80%以上。当外墙抹灰厚度为2.5cm ，每1 m2外墙抹灰因采用聚合物纤维所增加的成本不超过2元。聚合物纤维增强砂浆特别适用空心砌块、轻质砖、加气混凝土等轻质墙体材料的外墙抹灰，可以有效提高外墙抗裂能力。

参考文献：

[1] 陈容辉、宋敦清.低掺量聚丙烯纤维在混凝土中（砂浆）中的阻裂作用[J].建材产品与应用，2005（5），26—27