不同纤维在水泥基材料中的应用探索

0 引言

纤维增强水泥基复合材料是由水泥净浆、砂浆或水泥混凝土作基材，以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。纤维在其中起着阻止水泥基体中微裂缝的扩展和跨越裂缝承受拉应力的作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。

1 实验用材料简介

1.1 pva纤维

以聚乙烯醇为原料纺丝制得的合成纤维。将这种纤维经甲醛处理所得到聚乙烯醇纤维。聚乙烯醇缩甲醛纤维，中国称维纶，国际上称维尼纶。比较低分子量聚乙烯醇为原料经纺丝制得的纤维是水溶性的，称为水溶性聚乙烯醇纤维。一般的聚乙烯醇纤维不具备必要的耐热水性，实际应用价值不大。聚乙烯醇缩甲醛纤维具有柔软、保暖等特性，尤其是吸湿率（可达5%）在合成纤维诸品种中是比较高的，故有合成棉花之称；但其耐热性差，软化点只有120℃。

1.2 聚丙烯纤维

中国称丙纶，以等规聚丙烯为原料纺丝制得的合成纤维，是化学纤维中最轻的品种；强度为35～62cN/dtex；耐磨性仅次于聚酰胺纤维；耐腐蚀性良好，尤其是对无机酸、碱稳定性很好；不发霉，不腐烂，不怕虫蛀等。但染色较困难。目前，可采用染料或颜料熔体着色、色母粒或注射染色等纺成有色丝；也有在聚合时加入添加剂进行共聚或接枝共聚，使聚合体大分子上引入能与染料相结合的极性基团，再按常规法染色。聚丙烯纤维还有耐光性差、静电大、耐燃性差等缺点，可采用加入各种添加剂的方法加以改善。

1.3 玄武岩纤维

BF即为玄武岩纤维（Basat Fibre）的缩写。玄武岩纤维，是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。类似于玻璃纤维，其性能介于高强度S玻璃纤维和无碱E玻璃纤维之间，纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色，有些似金色。

1.4 萘系减水剂

萘系高效减水剂是经化工合成的非引气型高效减水剂。化学名称萘磺酸盐甲醛缩合物，它对于水泥粒子有很强的分散作用。对配制大流态砼，有早强、高强要求的现浇砼和予制构件，有很好的使用效果，可全面提高和改善砼的各种性能，广泛用于公路、桥梁、大坝、港口码头、隧道、电力、水利及工民建工程、蒸养及自然养护予制构件等。

2 试验方案

纤维增强水泥基复合材料的制备工艺包括各种纤维增强水泥净浆、增强砂浆、增强混凝土三个方面，统称为纤维增强水泥基复合材料（FRC）。它们在制备工艺上有诸多共同之处，又各有其特点，其中钢纤维混凝土是国内外研究最多、应用最广、技术上最成熟的一种水泥基复合材料，其制备工艺包括有原材料优选，配合比设计及搅拌、成型、养护等三个基本过程。

2.1 配合比设计

2.1.1 纤维水泥基材料配合比设计原理与方法

纤维水泥基材料配合比设计与普通砂浆有诸多共同之处，即需要满足强度、工作性与耐久性的要求，但纤维水泥基材料的配合比设计有其自身独特之处。纤维在水泥基材料中分散是阻碍纤维水泥基材料配方与其他水泥基材料配方不同的主要原因。

实验结果表明纤维在水泥基材料中分散应采用干拌快搅方式，减水剂应采用低粘度萘系减水剂。

2.1.2 确定水泥、砂及水的用量

实验主要研究各种纤维在水泥基材料中应用，各组实验应固定水泥及砂用量，根据纤维分散实验确定水泥、砂用量。水的用量应采用自流平砂浆固定流动度130mm。

2.2 纤维水泥基材料制备

2.2.1 实验参数

养护条件：湿度70% ，温度18-23℃；

搅拌机转速：800r/min；

减拌时间：干搅1min， 湿搅2min。

2.2.2 实验配合比

本试验通过固定水泥、砂及减水剂用量，通过调节用水量，来反应纤维对水泥基材料水灰比的影响；通过3天、7天及28天强度来反应不同纤维对水泥基材料抗折抗压强度影响。

3 实验结果分析

3.1 pva纤维 pva纤维以水泥质量的0.5%、0.75%及1%掺入，通过用水量及3天、7天、28天抗折抗压强度，来比较纤维不同掺量对水灰比及抗折抗压强度影响。

3.1.1 pva纤维对水泥基材料水灰比影响

pva纤维在水泥基材料中以0.5%、0.75%、1%掺入，需水量分别为1240g、1260g和1300g。由表分析，pva纤维在合理掺量范围内，水灰比随着纤维掺量的增加而增加。

3.1.2 pva纤维对水泥基材料抗折抗压强度影响

由图1知，在水泥基材中掺入水泥质量的0.5%、0.75%、1%pva纤维，3天和7天抗折抗压强度随着纤维掺量的增加，水泥基材抗折抗压强度下降；7天抗折强度均低于不掺纤维抗折强度，但28天强度均大于纤维不掺强度；28天0.75%的纤维掺量强度最高，抗折强度可达到13MPa，抗压强度可达到70.8MPa。

3.2 聚丙烯纤维

聚丙烯纤维以水泥质量的1%、1.25%及1.5%掺入，通过用水量及3天、7天、28天抗折抗压强度，来比较纤维不同掺量对水灰比及抗折抗压强度影响。

3.2.1 聚丙烯纤维对水泥基材料水灰比影响

聚丙烯纤维在水泥基材料中以1%、1.25%、1.5%掺入，需水量略有增加，聚丙烯纤维在合理掺量范围内，水灰比随着纤维掺量的增加而增加。

3.2.2 聚丙烯纤维对水泥基材料强度影响

在水泥基材料中掺加聚丙烯纤维，一定范围内随着纤维掺量的增加，水泥基材抗折抗压强度增加。3天聚丙烯纤维不同掺量抗折抗压强度较不掺纤维强度高；7天、28天抗折抗压强度在1%掺量时较不掺纤维强度下降，随着掺量增加，强度不断上升，28天抗折可达到13.1MPa，抗压强度可达76.2MPa。

3.3 玄武岩纤维

玄武岩以水泥质量的2%、4%及8%掺入，通过用水量及3天、7天、28天抗折抗压强度，来比较纤维不同掺量对水灰比及抗折抗压强度影响，见表5。

3.3.1 玄武岩纤维对水泥基材料水灰比影响

玄武岩纤维在水泥基材料中以2%、4%、8%掺入，需水量不断增加，玄武岩纤维在合理掺量范围内，水灰比随着纤维掺量的增加而增加。

3.3.2 玄武岩纤维对水泥基材料强度影响

在水泥基材料中掺加玄武岩纤维，一定范围内随着纤维掺量的增加，水泥基材抗折抗压强度降低。少量的玄武岩纤维掺入对水泥基材料抗折抗压强度有很大提高，抗折强度可达到11.8MPa，抗压强度可达到77.3MPa。

3.4 pva纤维+聚丙烯纤维+玄武岩纤维

取每个纤维掺量的前2组，通过正交试验比较三种纤维对抗折抗压强度影响。

3.4.1 三种纤维复合掺入对水泥基材水灰比的影响，见表6。

分别以pva纤维0.5%、0.75%；聚丙烯纤维1%、2%；玄武岩纤维2%、4%的掺量做正交试验，结果显示随着三种纤维复合掺量的增加水泥基材水灰比上升。

3.4.2 三种纤维复合掺入对水泥基材强度影响

从三种纤维复掺3天、7天和28天抗折抗压强度分析，纤维的复合掺入对水泥基材料强度影响很较大，水泥基材料复合掺入纤维的强度大于纤维单自掺入。pva长纤维和聚丙烯纤维对水泥基材料抗折强度影响较大，水泥基材料中掺入较多pva纤维和聚丙烯纤维抗折强度较高。玄武岩纤维对水泥基材料的抗压强度影响较大，水泥基材料中掺加玄武岩纤维抗压强度较高。

4 小结

pva纤维、聚丙烯纤维及玄武岩纤维的掺入能够有效提高水泥基材料抗折抗压强度，聚丙烯纤维对水泥基材料抗折强度提高较大，1.5%的聚丙烯掺量28天最高抗折强度能够达到13.1MPa；玄武岩纤维对水泥基材料抗压强度提高较大，0.2%的聚丙烯纤维28天最高抗压强度可达77.3MPa。纤维的复合掺入较单掺效果更好，以pva纤维的0.75%、聚丙烯纤维的1.25%、玄武岩纤维的2%掺入，28天抗压强度最高可达79.6MPa。

本实验研究了三种纤维对水泥基材料水灰比及强度影响，没有研究纤维对水泥基材料的收缩及抗冲击等性能；并且只研究了短纤维一些性能，没有涉及到长纤维对水泥基材料影响。这些问题有待以后继续研究。

[1]辜蔚君.关于人力资源数字化转型中数据管理工作的思考[J].厦门科技, 2023(1):43-47.