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(zhǎng)、人口增加，人們對(duì)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(duì)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(duì)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(shì)

　　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(guó)外已普遍應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)隨著對(duì)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(guó)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(guó)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)堆積原料和現(xiàn)場(chǎng)混合對(duì)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(duì)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(zhǎng)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(cè)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(cè)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(cāng)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(duì)以上所取的樣點(diǎn)進(jìn)行分散性測(cè)試。

　　2.試驗(yàn)思路

　　聚丙烯纖維是一種直徑小，但長(zhǎng)度較長(zhǎng)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(huì)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(huì)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(jí)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(cè)方法。考慮到實(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(duì)濕度50%）

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

　　3. 高速風(fēng)吹+燈照（溫度為22℃，相對(duì)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(duì)濕度40%，2級(jí)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(cè)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(cè)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(duì)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(cè)試得到：干粉砂漿中纖維含量為0.01g，檢測(cè)結(jié)果與攪拌器測(cè)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(cè)，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(duì)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(cè)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(duì)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(huì)在我國(guó)外墻保溫工程方面發(fā)揮極大的作用。