聚丙烯纖維在干粉砂漿中的應(yīng)用研究

0 引言

　　砂漿是主要的建筑工程材料。隨著經(jīng)濟(jì)增長、人口增加，人們對環(huán)境保護(hù)要求提高，實(shí)現(xiàn)砂漿商品化是建筑業(yè)發(fā)展到一定水平的重要標(biāo)志。砂漿商品化主要采用集中定點(diǎn)攪拌供應(yīng)預(yù)拌砂漿和袋裝攪拌砂漿即干粉砂漿兩種形式。使用干粉砂漿有很多優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些性能缺陷。如砂漿制品極易產(chǎn)生裂縫使自然水滲入降低建筑物的耐久性，砂漿制品的低溫柔性、抗拉強(qiáng)度、抗沖擊性差等。針對這些問題，在干粉砂漿中摻入聚丙烯纖維可有效防止干粉砂漿制品的裂縫，提高干粉制品的韌性和抗沖擊性。本文作者研究了聚丙烯纖維在干粉砂漿中的分散性，纖維的加入對干粉砂漿制品抗裂性、抗沖擊性及其它性能的影響。

　　1 干粉砂漿的使用優(yōu)勢

　　干粉砂漿是一種由多種原材料組成的，按照一定的配方在工廠用干法混合而成的，在工地僅需加水拌制即可使用的混合物。干粉砂漿在國外已普遍應(yīng)用，在國內(nèi)隨著對建筑質(zhì)量要求的提高，大力發(fā)展新型建材、綠色建材已納入我國的發(fā)展計(jì)劃。上海、北京等大城市，政府有關(guān)部門已明令要求發(fā)展和推廣、使用商品砂漿，因此干粉砂漿必將在我國得到迅速發(fā)展。使用干粉砂漿有許多優(yōu)點(diǎn)：1）產(chǎn)品質(zhì)量高。根據(jù)砂漿的不同用途如用于砌筑、抹灰和地面等，對制品的抗收縮、抗裂縫、防水、保溫等特性的要求不同，砂漿需要按照不同的配方經(jīng)嚴(yán)格的配制才能實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際建筑施工中，由于所有原材料的質(zhì)量、正確的配合比、混合均勻性的無法保證，常造成砂漿質(zhì)量不穩(wěn)定。采用大規(guī)模自動(dòng)化專業(yè)生產(chǎn)線生產(chǎn)的干粉砂漿，質(zhì)量可靠、穩(wěn)定，并且可以生產(chǎn)出各種滿足特殊應(yīng)用需要的專用干粉砂漿。2）生產(chǎn)效率高。干粉砂漿生產(chǎn)廠生產(chǎn)規(guī)模大，年產(chǎn)量通常在幾十噸左右，可以有各種干粉砂漿的系列產(chǎn)品滿足市場的需求。干粉砂漿的使用也利于現(xiàn)代化施工設(shè)備推廣應(yīng)用，減少建筑施工的工期。3）環(huán)境污染少。大規(guī)模的集中生產(chǎn)，采用預(yù)混和袋包裝，便于施工、運(yùn)輸和存放，大避免施工現(xiàn)場堆積原料和現(xiàn)場混合對周圍環(huán)境的影響。

　　2 聚丙烯纖維的作用機(jī)理

　　但是，干粉砂漿制品存在一些性能缺陷，如砂漿制品極易產(chǎn)生裂縫使自然水滲降低建筑物的耐久性，砂漿制品的低溫柔性、抗拉強(qiáng)度、抗沖擊性差等。使用聚丙性纖維可以很好地改善這些性能，該纖維的作用機(jī)理是：以其在砂漿中良好的均勻亂向三維分步，利用聚丙烯纖維良好的延展性、粘接性，傳遞應(yīng)力、吸收能量來抑制砂漿由于水泥石脫水收縮（干縮）、水泥水化引起內(nèi)外溫差（溫縮）、水泥水化過程中的體積變形（化學(xué)收縮）等因素引起的微裂，從而提高砂漿的整體性、柔韌性、連續(xù)性，以及抗裂、抗?jié)B性能和抗拉強(qiáng)度等。

　　在工程中加入纖維后，可明顯改善砂漿及外墻保溫板的抗裂性能，提高外墻保溫系統(tǒng)的整體性，可以保證保溫材料與墻體的共同作用并有效阻斷熱橋，明顯改善砂漿、保溫板的和易性；尤其對于保溫板外層砂漿，加入纖維可提高砂漿抹面抵抗溫濕變化、風(fēng)雨沖擊的能力，增大了外保溫層的整體穩(wěn)定性，克服了墻體外保溫層出現(xiàn)的耐久性不好、易產(chǎn)生干縮裂縫、施工工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。

聚丙烯纖維特性

纖維類型：束狀單絲                                      密度：0.91g/cm3

熔點(diǎn)：160～170℃                                        抗酸堿性：極高

比表面積：237m2/kg                                       燃點(diǎn)：580℃

　　抹面砂漿專用纖維”長度為3 mm 、6 mm 、12mm，一般摻加量為0.9kg/m3。主要應(yīng)用在外墻外保溫系統(tǒng)的保溫板外抹面砂漿中。

　　3 聚丙烯纖維在干粉砂漿中的試驗(yàn)研究

　　3.1試驗(yàn)

　　3.1.1原料

　　外墻保溫抹面干粉主要材料包括：P.032.5水泥，比表面積：4000cm2/g；經(jīng)水洗后的河砂，粒徑在60目以下；聚合物粉末添加劑及細(xì)填充料聚丙烯纖維。

　　3.1.2測試

　　3.1.2.1纖維分散性

　　試驗(yàn)將聚丙烯纖維加入到聚合物干粉砂漿中，通過生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際生產(chǎn)考驗(yàn)，檢測其在干粉砂漿中的分散性能。攪拌機(jī)為旋轉(zhuǎn)連續(xù)式，攪拌速度在100~200r/min，有效容積為1600L，實(shí)際有效填充率為70%，外加輔助攪拌。

　　1.試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　1）  通過人工加料將聚丙烯纖維加入唐山盾石干粉的生產(chǎn)攪拌設(shè)備中，利用其高速的攪拌性能分散纖維，攪拌器停止工作后打開攪拌器倉門，在攪拌器內(nèi)部的不同高度、不同位置共取10個(gè)樣點(diǎn)。

　　2）  在生產(chǎn)設(shè)備底部包裝機(jī)處取一個(gè)混合樣。

　　3）  對以上所取的樣點(diǎn)進(jìn)行分散性測試。

　　2.試驗(yàn)思路

　　聚丙烯纖維是一種直徑小，但長度較長的真線狀材料，由于其本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在篩分的過程中不會隨著細(xì)粉而掉入到下層篩網(wǎng)中，而且在部分粗顆粒存在的條件下，在不斷搖動(dòng)、擺的過程中會相互團(tuán)聚，形成一個(gè)比較完整的團(tuán)聚體。利用此項(xiàng)特性我們決定通過兩層篩網(wǎng)的分級篩分，得到分散后纖維的再次團(tuán)聚體。

　　3.1.2.2干粉砂漿制品性能

　　抗裂性能

　　試驗(yàn)依據(jù)DBJ 01-63-2002《外墻外保溫用于聚合物砂漿質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中抗裂性檢測方法?？紤]到實(shí)際環(huán)境的因素，我們采取了四種方案：

　　1. 試驗(yàn)室正常條件下（溫度為22℃，相對濕度50%）

　　2. 高速風(fēng)吹條件下（溫度為22℃，相對濕度50%，風(fēng)速在5m/s）

　　3. 高速風(fēng)吹+燈照（溫度為22℃，相對濕度50%，風(fēng)速在5m/s，燈照為500W燈泡）

　　4. 在實(shí)際自然環(huán)境（溫度為35℃，相對濕度40%，2級風(fēng)）

　　抗沖擊性能及其它性能

　　試驗(yàn)依據(jù)JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》中相關(guān)性能的檢測方法。

　　4 結(jié)果討論

　　聚丙烯纖維在干粉砂漿中的分散性

攪拌器10個(gè)樣點(diǎn)的檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看來，聚丙烯纖維體現(xiàn)了較高的分散性，雖然數(shù)據(jù)有所波動(dòng)，這可能是由于在篩分的過程中纖維再團(tuán)聚時(shí)包裹了一部分聚合物添加劑，造成了數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。但是通過篩分發(fā)現(xiàn)纖維的含量與我們給定配比的添加量基本吻合。說明在攪拌時(shí)纖維有良好的分散性。

　　袋裝干粉砂漿混合樣數(shù)據(jù)

　　對經(jīng)包裝機(jī)已包裝好的混合樣即袋裝干粉砂漿進(jìn)行取樣、篩分，試驗(yàn)測試得到：干粉砂漿中纖維含量為0.01g，檢測結(jié)果與攪拌器測試結(jié)果一致。這充分說明纖維經(jīng)攪拌器攪拌和包裝成袋之后纖維與砂漿無分離現(xiàn)象，其分散性、均勻性好。

　　通過以上兩部分的實(shí)驗(yàn)檢測，我們可以判定聚丙烯纖維在干粉砂漿中具有良好的分散性。

　　4.2 摻加聚丙烯纖維干粉砂漿制品的抗裂性能

　　經(jīng)過所設(shè)計(jì)的以上四中試驗(yàn)條件試驗(yàn)后得到，在所試驗(yàn)的條件下，添加聚丙烯纖維外保溫抹面砂漿幾乎沒有出現(xiàn)裂紋，而未添加聚丙烯纖維外保溫抹面砂漿，除試驗(yàn)條件1外，在其它三種條件下，外保溫抹面砂漿均出現(xiàn)明顯裂紋，并且在自然環(huán)境下（條件4）出現(xiàn)的裂紋最多。試驗(yàn)結(jié)果充分說明外保溫抹面干粉砂漿中摻加聚丙烯纖維對其制品的抗裂性能有明顯的改善。

　　4.3 摻加聚丙烯纖維干粉砂漿制品的抗沖擊性能及其它性能

抹面砂漿檢測數(shù)據(jù)

 

　　5 結(jié)論

　　通過試驗(yàn)可以得出聚丙烯纖維在干粉砂漿中具有良好的分散性。纖維的加入，大大提高了材料的抗開裂、抗沖擊性能，并對干粉砂漿制品的其它性能無負(fù)面影響。通過實(shí)際的生產(chǎn)設(shè)備使用和工程應(yīng)用，在干粉砂漿中摻加聚丙烯纖維具有大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的能力。工程上使用聚丙烯纖維可明顯的改善砂漿及外墻保溫板的抗裂性能，降低脆性、增加韌性，提高外墻保溫系統(tǒng)的整體性，可以預(yù)見摻加聚丙烯的干粉砂漿將會在我國外墻保溫工程方面發(fā)揮極大的作用。