木质素纤维增强干混砂浆的制备与性能表征 [复制链接]

摘要：在普通干混砂浆中掺加木质素纤维，获得ECC型干混砂浆，研究其物理力学性能、热学性能以及收缩性能等。结果表明：加入占胶凝材料质量0.3%的木质素纤维，能显著改善干混砂浆硬化后的力学性能，尤其是抗折强度；随着木质素纤维掺入量的增加，硬化砂浆试样的导热系数逐渐降低。

0引言

目前国家正在大力推进住宅产业化进程，住宅产业化可以大幅度提高建筑体的建设速度和施工质量，我国主要借鉴欧洲的PC技术和日本的SI技术[1]。住宅产业化要求建筑施工所需的各种构件都要在专门的工厂预先加工好，然后运输到施工现场进行组装，因此构件之间的连接就成了住宅产业化建筑建设的关键技术之一，其中各种形式的连接砂浆则是PC构件组装的主要连接材料。PC构件是在工厂按照标准尺寸加工，质量能够得到有效控制，因此住宅产业化建筑的连接部分就成了控制其质量好坏的瓶颈环节[2]。众所周知，砂浆同普通混凝土一样，属于脆性材料，存在拉压比低、干缩变形大、抗渗性、抗裂性、耐腐蚀性差、不具保温性能等缺点，将其直接应用于PC件连接时，会给住宅产业化建筑带来结构安全方面的隐患[3]。ECC材料中，通过将聚乙烯醇(PVA)等短纤维在材料中乱向分布，可使ECC材料的力学性能明显提高，收缩率显著下降，并且具有较强的抗裂和抗震性[4]。若将ECC材料增强原理运用于连接砂浆，则PC构件连接质量将会显著提高。

1试验原材料与方法

1.1原材料

“海螺牌”42.5R级普通硅酸盐水泥，基本性能见表1；粉煤灰，安徽马鞍山第二发电厂排出的I级干灰，基本性能见表2；烘干砂，细度模数为2.68，堆积密度kg/m3，表观密度kg/m3，含泥量为0.7%(质量分数)，级配为连续级配；短纤维，木质素纤维，纤维长度3~8mm，纤维直径5mm；羧丙基甲基纤维素(HPMC)，黏度mPa·s；自来水。

表1水泥的基本性能指标

表2粉煤灰的基本性能指标

本试验采用的干混砂浆的灰砂比(胶凝材料与砂质量之比)为1:3，水灰比为0.5；干混砂浆中粉煤灰替代水泥量为20%，HPMC为外掺，掺加量为胶凝材料质量的0.5%，所制备试样的配比中，木质素纤维掺入量占胶凝材料质量分数(φ)分别为0%(A1)，0.07%(A2)，0.13%（A3），0.20%(A4)，0.26%(A5)。不同组分砂浆试样的配比见表3。

表3不同砂浆试样的配比

按表3中的配比分别称取粉煤灰、水泥、HPMC和木质素纤维，先搅拌2min，再加入干砂搅拌2min后制成干混砂浆样品。在水泥胶砂搅拌机中将上述干混砂浆样品加水搅拌，加水量为g，搅拌3min，得到湿砂浆样品，将其填充到成型模具，24h后进行试样脱模、养护，并测试试样的28d抗折强度、抗压强度等。试验中的成型模具为40mm×40mm×mm三联试模，试样养护温度为(20±2)℃。硬化砂浆试样的干燥收缩率按照《建筑砂浆基性能试验方法》(JGJ/T70-)中要求进行测试；使用杭州大华仪器制造有限公司生产的YBF-3型导热系数测定仪测定硬化砂浆试样的导热系数，测试方法为稳态法，试样尺寸为f13.5cm′4cm。用SEM方法观察28d龄期的硬化砂浆样品微结构形貌(JSM-LV，日本电子公司)。

2结果与讨论

图1木质素纤维含量变化对硬化砂浆试样28d抗压强度的影响

图1为硬化砂浆试样28d抗压强度随木质素纤维含量(φ)变化的关系。从图中可以看出，对于与普通干混砂浆试样（φ=0）相比，含有木质素纤维的硬化砂浆试样的抗压强度随着木质素纤维含量的增加而增大，并且在木质素纤维含量为0.26%时，硬化砂浆试样的抗压强度达到最大值25.3MPa，增加了约12%，即适量木质素纤维可明显的提高硬化砂浆试样的抗压强度。

图2木质素纤维含量变化对硬化砂浆试样28d抗折强度的影响

图2为硬化砂浆试样的28d抗折强度随木质素纤维含量(φ)变化的关系。从图中可以看出，与普通干混砂浆试样（φ=0）相比，含有木质素纤维的硬化砂浆试样的抗折强度也随着木质素纤维含量的增加而增大，并且在木质素纤维含量为0.26%时，硬化砂浆试样的抗折强度达到最大值7.5MPa。增加了约24%。说明了木质素纤维能够大幅度的提高硬化砂浆试样的抗折强度。虽然随着木质素纤维含量的增加，硬化砂浆试样的抗压强度和抗折强度都是上升的，但是其抗折强度上升的幅度要更大一些，即随着木质素纤维含量的增加，硬化砂浆试样的折压比逐渐增加，脆性逐渐降低，韧性逐渐增强。

图3木质素纤维含量变化对硬化砂浆试样28d拉伸粘结强度的影响规律

图3为硬化砂浆试样的28d拉伸粘接强度随木质素纤维含量（φ=0）变化的关系。从图中可以看出，与普通干混砂浆试样（φ=0）相比，含有木质素纤维的硬化砂浆试样的拉伸粘接强度也随木质素纤维含量的增加而增大，并且在木质素纤维含量为0.26%时达到最大值0.8MPa。产生这种影响的原因是木质素纤维的增强作用[5]，木质素纤维在硬化砂浆试体中呈三维乱向分布，能够形成网络状结构，支撑并防止集料的沉降，在试体受到力的作用时，木质素纤维在硬化砂浆试样内部形成“微细筋”，能承受一定量的载荷，延缓砂浆试体中裂缝的开展速度，在拔出和拉断过程中消耗大量的能量，并且能够阻止硬化砂浆试体中的微裂纹的产生与扩展，因此能够在一定程度上提高试体的物理力学性能。

图4膨胀珍珠岩含量变化对硬化砂浆试样28d收缩率的影响

图4所示为木质素纤维量变化对硬化砂浆试样收缩率的影响规律。从图中可以看出，与普通干混砂浆试样（φ=0）相比，含有木质素纤维的硬化砂浆试样的干燥收缩率随着木质素纤维含量的增加而有了明显的降低，在木质素纤维含量为0.26%时，硬化砂浆试样的收缩率降低了0.02%。其原因主要是木质素纤维在硬化砂浆试体中，被胶凝材料的水化产物所包裹，水化产物沿着木质素纤维生长，通过木质素纤维与胶凝材料的水化产物之间的粘结力来控制砂浆的收缩，承受砂浆收缩时产生的拉应力。所以使用木质素纤维可以有效的控制干混砂浆的收缩性能。

图5木质素纤维含量变化对硬化砂浆试样吸水率的影响

图5所示为木质素纤维量变化对硬化干混砂浆试样吸水率的影响规律。从图中可以看出，与普通干混砂浆试样（φ=0）相比，含有木质素纤维的硬化干混砂浆试样的吸水率略有增加，在木质素纤维含量为0.26%时，硬化砂浆试样的吸水率为9.6%，增加了2.2%。因为木质素纤维本身易吸水，又均匀分布在砂浆试样的各个部位，所以易于从试体外部吸收水分，但是本试验中的纤维掺入量较少，故含有木质素纤维的硬化砂浆试样的吸水率会较普通干混砂浆试样略有增加。砂浆试体吸水率增加易于导致体积的膨胀，对其力学性能产生不良影响。

图6木质素纤维含量变化对硬化砂浆试样导热系数的影响

导热系数是衡量砂浆保温性能的最重要的指标。图6所示为硬化砂浆试样的导热系数随木质素纤维含量(φ)变化的关系。从图中可以看出，与普通干混砂浆试样（φ=0）相比，含有木质素纤维的硬化干混砂浆试样的导热系数随着木质素纤维含量的增加而有所降低，在木质素纤维含量φ=0.26%时，导热系数下降了6%。因为木质素纤维的导热系数很小[6]，且其能在干混砂浆试体中形成杂乱分布的热阻，但是由于本试验中所掺加的木质素纤维的量较小，所以试体的导热系数仅有小幅度的降低。

图7φ=5%的硬化砂浆试样截面的SEM照片

图7所示为木质素纤维含量φ=0.26%时硬化砂浆试样截面的SEM照片。从图中可以看出，水泥水化产物沿着纤维表面生长，该水化产物(主要由氢氧化钙晶体与水化硅酸钙凝胶组成)增加了纤维与基体之间的摩擦力，即纤维可将水化产物绑固为一体，起到防止界面处裂纹产生与扩展的作用，从而能提高硬化砂浆样品的力学性能。

3结论

在普通干混砂浆中掺加木质素纤维，制备出ECC型干混砂浆样品，系统地研究了它们的物理力学性能、导热系数、吸水率、收缩率和保水性等性能，得出如下结论。(1)与普通干混砂浆（φ=0）相比，掺入少量木质素纤维（φ≤0.26%）的干混砂浆，其硬化试样的力学强度随着木质素纤维含量的增加而有了明显的提高。(2)由于木质素纤维具有较小的导热系数，所以掺加木质素纤维的硬化砂浆试样的导热系数也随着木质素纤维含量的增加而有所降低，但是由于试验中的木质素纤维掺入量较少，所以对导热系数的降低有限。(3)与普通干混砂浆（φ=0）相比，掺入少量木质素纤维（φ≤0.26%）的硬化砂浆试样，其收缩率随着木质素纤维含量的增加而降低，在木质素纤维含量为0.26%时收缩率降低到了0.07%；但是随着木质素纤维含量的增加，硬化砂浆试样的吸水率却有略微的增加。(4)与普通干混砂浆（φ=0）相比，掺入少量木质素纤维（φ≤0.26%）的硬化砂浆试样保水率的变化不大，在木质素纤维含量为0.26%时，干混砂浆试样的保水率仅仅增加了0.2%。

参考文献

[1]周波，房桂琴.CSI住宅产业化研究及其应用前景[C]//第十九届华东六省一市建筑施工技术交流会论文集.杭州，:-.[2]陈建伟，苏幼坡.预制装配式剪力墙结构及其连接技术[J].世界地震工程，,29(1):38-48.[3]陈建伟，苏幼坡，陈海彬，等.带边框预制装配式剪力墙关键技术研究进展[J].河北联合大学学报，,35(3):96-.[4]LIVictorC.高延性纤维增强水泥基复合材料的研究进展及应用[J].硅酸盐学报，,35(4):-.[5]沈荣熹.胶凝材料学[M].北京：中国建材工业出版社，,-.[6]林金春.木材弦向导温系数的理论研究[J]，西南林学院学报，,29(2)2-85.

作者：李亚辉钱元弟雷团结陈贺信息来源：混凝土视频网

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