聚合物纤维对水泥砂浆性能的影响
聚合物纤维对水泥砂浆性能的影响
[提要] 研究了几种纤维的不同掺量对水泥砂浆的力学性能的影响, 试验结果表明在砂浆稠度基本不变的情况下，加入纤维后砂浆分层度有所下降，但是随着纤维掺量的增加，分层度基本无变化；砂浆的湿容重随着纤维掺量的增加变化不大; 在砂浆中加入有机纤维后，砂浆的28d 折压比均有一定程度的提高，这说明在砂浆中加入有机纤维后，可以改善砂浆的韧性，但是折压比随砂浆掺量的变化规律并不是很明显; 在砂浆中加入这几种有机纤维后，砂浆的不渗水性提高率是随着纤维掺量的增加逐渐增大的，也即砂浆的抗渗性是随着有机纤维掺量的增大逐渐提高的; 随着有机纤维掺量的增加，砂浆的28d 干缩值逐渐下降。 [关键词] 纤维 ； 绸度 ； 分散性； 折压比 ；不渗水性； 干缩值
Influence of Polymerize Fiber on mechanical properties of mortar/Yang xiaoyan (Guizhou University Guiyang 550002)
Abstract:Studied the influence of different quantities of fibers on mechanical properties of mortar,the test results Surfaced the Layered degrees decline with fiber
0. 引言
砂浆同混凝土一样是脆性材料，其抗拉强度比抗压强度小得多，容易塑性开裂、韧性差。任何能使砂浆具有较高的抗拉强度所做的努力都具有重要的意义。现今为了改善砂浆抗裂性采用比较广泛的措施是加入短切有机纤维。纤维可以改善砂浆的抗冲击强度、限制裂缝的发展，当水泥浆体开裂后，纤维继续发展强度作用，使砂浆应变容量增大，在要求高抗拉强度和减少开裂的地方尤其显示出巨大的优越性。当短切纤维加入到水泥拌合物中，砂浆固化时，那些大量的、各向分散而又具有高韧性的与水泥牢固结合的微纤维，削弱和抑制了水泥早期变形和干缩应力，让其在固化过程中不易形成应力集中，从而减少明显的裂缝。 有机合成纤维对砂浆的增强效果主要取决于：纤维的含量、纤维的几何参数（包括纤维直径、长度及长径比等）、纤维与砂浆体界面的特征（粘结强度、界面结构等）、纤维的分布（包括分布的距离和分布的方向等）。纤维与水泥是否相容以及分散性是否好，这些都决定着纤维对砂浆性能的改善效果。
试验过程中主要选用了市场上常见几种有机纤维：杜拉纤维（聚丙烯）（19mm ）、成都华神集团的聚丙烯纤维（8mm ，14mm ）、四川维尼纶厂的维纶纤维（聚乙烯醇）（12mm ）、重庆合成纤维厂尼龙纤维（19mm ），下面将通过试验研究这几种纤维对砂浆基本性能的影响并且确定出几种纤维的最佳掺量范围，并对几种纤维对砂浆的改性效果进行比较。
砂浆的制备方法：先将纤维和水泥、砂一起干拌均匀后才加水拌合制成水泥
砂浆。
1. 纤维种类对砂浆基本性能的影响
表1 加了杜拉纤维的砂浆原材料组成及和易性
Tab.1 Raw and processed materials of mortar with Dura fiber
编号 灰砂比 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 1-9 1-10
1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5
纤维质量掺量 稠度 分层度 湿容重
（%） （cm ） （cm ） （kg/m3）
0 0.03 0.05 0.08 0.10 0.12 0.15 0.20 0.25 0.35
6.2 6.1 6.3 6.0 6.1 6.6 6.2 6.0 6.1 6.5
2.0 2.0 1.8 1.6 1.7 1.8 1.7 1.7 1.6 1.8
2013 2078 2078 2078 2143 2078 2078 2078 2078 2143
纤维在砂浆 中的分散性
分散良好 无成团现象
注：纤维质量均为相对于水泥质量的百分比。
表2 杜拉纤维掺量对砂浆力学性能的影响
Tab.2 Influence of quantity of Dura fiber on mechanical properties of mortar 编号 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 1-9 1-10
抗折强度(MPa) 7d 3.27 3.73 3.70 3.70 3.70 3.65 3.80 4.24 4.18 3.77
28d 5.08 5.45 5.71 5.95 5.90 6.30 6.33 6.00 5.95 5.00
抗压强度(MPa) 7d 7.20 6.90 6.25 6.12 7.20 7.40 7.50 8.48 9.09 8.02
28d 13.80 14.30 13.60 14.30 14.00 15.00 14.60 16.80 16.10 13.20
相对折压比（%） 抗拉强度 28d 干缩值
(MPa) (mm/m) 7d 28d 100
120 131 133 113 113 118 111 102 104
100 103 114 114 114 114 116 103 100 103
2.73 2.74 2.76 3.02 3.09 3.09 3.28 3.36 3.78 3.93
1.200 0.971 0.801 0.784 0.797 0.722 0.742 0.663 0.650 0.625
表3 加了华神聚丙烯纤维（14mm ）的砂浆原材料组成及和易性 Tab3 Raw and processed materials of mortar with Huashen PP fiber(14mm) 编号 灰砂比 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5
1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5
纤维质量掺量 稠度 分层度 湿容重
（%） （cm ） （cm ） （kg/m3）
0 0.03 0.05 0.08 0.10
6.3 6.2 6.6 5.9 6.3
纤维在砂浆中 的分散性
2.2 2.2 2.2 1.8 1.7 2013 1953 2078 2143 2078
分散良好无明显
成团现象
2-7 2-8 2-9 2-10
1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 0.15 0.20 0.25 0.35 6.4 6.6 6.3 6.2 1.7 1.7 1.6 1.6 2143 2144 2143 2134
表4 华神聚丙烯纤维（14mm ）掺量对砂浆力学性能的影响
Tab4 Influence of quantity of Huashen PP fiber on mechanical properties of mortar 编号 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 2-9 2-10
抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 相对折压比（%） 抗拉强度 28d 干缩值
(MPa) (mm/m) 7d 28d 7d 28d 7d 28d 3.60
3.67 3.74 3.98 3.62 3.72 3.31 3.65 3.47 3.21
5.63 5.93 6.25 6.00 5.30 5.90 5.60 5.50 5.37 5.05
7.60 7.70 7.80 8.20 7.70 7.80 7.35 7.90 7.90 7.60
16.80 17.60 16.00 16.80 15.00 13.60 15.15 15.10 12.20 12.33
100 102 102 104 100 102 96 98 94 89
100 100 115 106 103 126 109 106 129 121
2.72 2.98 2.76 2.94 3.16 3.16 3.16 3.49 3.19 3.10
1.156 1.078 1.002 0.938 0.941 0.927 0.914 0.898 0.884 0.872
表5 加了华神聚丙烯纤维（8mm ）的砂浆原材料组成及和易性 Tab5 Raw and processed materials of mortar with Huashen PP fiber(8mm) 编号 灰砂比 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10
1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5
纤维质量掺量 稠度 分层度 湿容重
（%） （cm ） （cm ） （kg/m3）
0 0.03 0.05 0.08 0.10 0.12 0.15 0.20 0.25 0.35
6.0 6.0 6.2 6.3 6.6 6.0 6.1 6.7 6.7 6.2
2.0 1.8 1.7 1.7 1.8 1.5 1.7 1.7 1.6 1.5
2013 2078 2143 2078 2143 2078 2143 2143 2143 2078
纤维在砂浆 中的分散性
分散良好，无 明显成团现象
表6 华神聚丙烯纤维（8mm ）掺量对砂浆力学性能的影响
Tab6 Influence of quantity of Huashen PP fiber on mechanical properties of mortar 编号 3-1 3-2 3-3 3-4
抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 相对折压比（%） 抗拉强度 28d 干缩值
(MPa) (mm/m) 7d 28d 7d 28d 7d 28d 3.60
3.66 3.78 3.81
5.50 5.44 5.17 5.17
7.36 6.92 6.80 7.44
14.10 13.30 12.60 12.20
100 108 114 104 100 105 105 108 2.71 2.74 3.06 3.23 1.172 0.939 0.876 0.870
3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3.89 3.90 4.29 3.87 3.80 5.52 5.90 5.73 6.03 4.80 8.00 8.10 9.60 8.08 7.60 13.10 13.20 13.00 13.70 12.00 100 98 92 98 102 108 115 113 113 103 3.39 3.20 3.37 3.78 3.00 0.841 0.840 0.749 0.747 0.730
表7 加了维纶的砂浆原材料组成及和易性
Tab7 Raw and processed materials of mortar with PVA fiber
编号 灰砂比 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10
1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5
纤维质量掺量 稠度 分层度 湿容重 纤维在砂浆
（%） （cm ） （cm ） （kg/m3） 中的分散性
0 0.03 0.05 0.08 0.10 0.12 0.15 0.20 0.25 0.35
6.0 6.4 6.2 6.3 6.2 6.0 5.8 6.9 6.0 6.0
2.1 2.0 2.0 1.8 1.8 1.7 1.6 2.0 1.7 1.7
2113 2178 2108 2078 2143 2078 2108 2143 2143 2143
在砂浆中 成团严重
表8 维纶纤维掺量对砂浆力学性能的影响
Tab8 Influence of quantity of PVA fiber on mechanical properties of mortar
编号 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10
抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 相对折压比（%） 抗拉强度 28d 干缩值
(MPa) (mm/m) 7d 28d 7d 28d 7d 28d 3.28
3.28 3.30 3.26 3.29 3.55 3.50 3.65 3.25 3.43
4.90 5.00 5.10 4.90 5.00 5.27 5.30 5.85 5.41 5.35
7.24 7.20 7.40 7.00 7.20 7.50 7.40 7.59 7.55 7.60
12.60 12.50 12.50 12.00 12.30 12.90 12.80 13.10 13.10 13.20
100 102 100 104 102 104 104 107 96 100
100 103 105 105 105 105 105 115 105 105
2.68 2.70 2.92 2.68 2.70 2.74 2.96 3.08 3.18 3.12
1.206 1.104 1.012 0.987 0.979 0.964 0.954 0.804 0.807 0.812
表9 加了尼龙的砂浆原材料组成及和易性
Tab9 Raw and processed materials of mortar with nylon fiber
编号 灰砂比 5-1 5-2 5-3 5-4
1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5
纤维质量掺量 稠度 分层度 湿容重 纤维在砂浆
（%） （cm ） （cm ） （kg/m3） 中的分散性
0 0.03 0.05 0.08
6.6 6.0 6.0 5.9
2.2 2.0 1.8 1.7 2113 2108 2143 2013
有成团现象
5-5 5-6 5-7 5-8 5-9 5-10 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 0.10 0.12 0.15 0.20 0.25 0.35 6.3 6.2 6.1 6.5 6.2 6.2 2.0 1.8 1.8 1.9 1.7 1.7 2078 2013 2013 2143 2078 2078
表10 尼龙纤维掺量对砂浆力学性能的影响
Tab10 Influence of quantity of nylon fiber on mechanical properties of mortar
编号 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 5-7 5-8 5-9 5-10
抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 相对折压比（%） 抗拉强度 28d 干缩值
(MPa) (mm/m) 7d 28d 7d 28d 7d 28d 3.20
3.30 3.73 3.79 3.77 3.02 3.06 3.50 3.13 3.43
5.50 5.71 6.15 5.77 5.53 4.91 4.98 4.63 4.67 4.60
8.20 8.40 8.27 8.28 7.78 6.51 6.19 7.13 7.85 7.40
15.70 15.87 15.80 14.40 14.00 12.10 11.47 13.00 12.90 12.80
100 100 115 110 126 118 127 127 103 118
100 103 111 114 114 117 123 103 103 103
2.67 3.16 3.21 3.25 2.98 3.10 2.98 3.04 2.82 2.65
1.206 1.007 0.961 0.941 0.971 0.801 0.812 0.789 0.786 0.746
(a)
(b)
(c)
(d)
图1 纤维掺量对砂浆性能的影响
Fig 1 Influence of quantity of fiber on properties of mortar
2. 结论：
① 在砂浆稠度基本不变的情况下，加入有机纤维后砂浆分层度有所下降，但是随着纤维掺量的增加，分层度基本无变化；砂浆的湿容重随着纤维掺量的增加变化不大。在试验过程中搅拌时发现这几种纤维中，杜拉纤维和华神聚丙烯纤维的分散性较好，而维纶纤维和尼龙纤维的分散性较差，易成团。
② 从图1(a)可以看出，在砂浆中加入有机纤维后，砂浆的28d 折压比均有一定程度的提高，这说明在砂浆中加入有机纤维后，可以改善砂浆的韧性，但是折压比随砂浆掺量的变化规律并不是很明显。
③ 从图1(b)可以看出，杜拉纤维、华神聚丙烯纤维、维纶纤维的加入砂浆后，随着纤维掺量的增大，砂浆的抗拉强度总的趋势是增大的；尼龙纤维掺量在0～0.08%，随着尼龙掺量的增加，砂浆的抗拉强度逐渐增大，当尼龙掺量大于0.08%后，砂浆的抗拉强度随着掺量的增加逐渐下降。比较这几种纤维可以得出，杜拉纤维和华神聚丙烯纤维对砂浆抗拉强度的改善效果较好。
④ 在砂浆中加入这几种有机纤维后，砂浆的不渗水性提高率是随着纤维掺量的增加逐渐增大的，也即砂浆的抗渗性是随着有机纤维掺量的增大逐渐提高的。从图1(c)可以看出，这几种有机纤维中，华神聚丙烯纤维（8mm ）对砂浆抗渗性的改善效果是最好的，其次是杜拉纤维。
⑤ 随着有机纤维掺量的增加，砂浆的28d 干缩值逐渐下降。从图1(d)可以看出，
这几种有机纤维中，杜拉纤维对砂浆的干缩值的减小幅度最大。
参 考 文 献
[1] 鞠丽艳, 张雄. 聚丙烯纤维控制砂浆塑性收缩裂缝的研究. 施工技术.2003.4 [2] 袁震宇, 吴慧敏, 杨建西. 聚丙烯纤维对砂浆抗裂性能影响的试验研究. 混
凝土与水泥制品.1999.6.41-42
[3] 段志华, 付高鹏, 张守元. 聚丙烯纤维混凝土或砂浆的施工及力学性能. 洛阳
工学院学报.2002.6.93-95
[4] 朱江. 聚丙烯纤维混凝土（砂浆）的防水机理及应用技术. 建筑技术.Vol.32
No.7.456 [5]
Zhong Shiyun.et al. Research and development of polymers in concrete in China. Proceedings of the Third Asia Symposium on Polymers in Concrete. China.2000:3-13 [6]
Sezan Orak. Investigation of vibration damping on polymer concrete with
polyester resin. Concrete.Cement.Research.2000.30:171-174 [7] [8]
Fu Xuli. Chung D D L. Vibration damping admixture for cement. Concrete. Cement. Research. 1996.26
Wu Yao. Keru Wu. Study of mechanical properties on polypropylene fiber reinforced concrete. Proceedings of the 3rd Asia symposium on polymers in concrete. Tong ji University Press. Shanghai China 2000