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聚丙烯纤维在干粉砂浆中的应用研究
砂浆是主要的建筑工程材料。随着经济增长、人口增加,人们对环境保护要求提高,实现砂浆商品化是建筑业发展到一定水平的重要标志。砂浆商品化主要采用集中定点搅拌供应预拌砂浆和袋装搅拌砂浆即干粉砂浆两种形式。使用干粉砂浆有很多优点,但也存在一些性能缺陷。如砂浆制品极易产生裂缝使自然水渗入降低建筑物的耐久性,砂浆制品的低温柔性、抗拉强度、抗冲击性差等。针对这些问题,在干粉砂浆中掺入聚丙烯纤维可有效防止干粉砂浆制品的裂缝,提高干粉制品的韧性和抗冲击性。本文作者研究了聚丙烯纤维在干粉砂浆中的分散性,纤维的加入对干粉砂浆制品抗裂性、抗冲击性及其它性能的影响。

    1 干粉砂浆的使用优势

    干粉砂浆是一种由多种原材料组成的,按照一定的配方在工厂用干法混合而成的,在工地仅需加水拌制即可使用的混合物。干粉砂浆在国外已普遍应用,在国内随着对建筑质量要求的提高,大力发展新型建材、绿色建材已纳入我国的发展计划。上海、北京等大城市,政府有关部门已明令要求发展和推广、使用商品砂浆,因此干粉砂浆必将在我国得到迅速发展。使用干粉砂浆有许多优点:1)产品质量高。根据砂浆的不同用途如用于砌筑、抹灰和地面等,对制品的抗收缩、抗裂缝、防水保温等特性的要求不同,砂浆需要按照不同的配方经严格的配制才能实现。在实际建筑施工中,由于所有原材料的质量、正确的配合比、混合均匀性的无法保证,常造成砂浆质量不稳定。采用大规模自动化专业生产线生产的干粉砂浆,质量可靠、稳定,并且可以生产出各种满足特殊应用需要的专用干粉砂浆。2)生产效率高。干粉砂浆生产厂生产规模大,年产量通常在几十吨左右,可以有各种干粉砂浆的系列产品满足市场的需求。干粉砂浆的使用也利于现代化施工设备推广应用,减少建筑施工的工期。3)环境污染少。大规模的集中生产,采用预混和袋包装,便于施工、运输和存放,大避免施工现场堆积原料和现场混合对周围环境的影响。

    2 聚丙烯纤维的作用机理

    但是,干粉砂浆制品存在一些性能缺陷,如砂浆制品极易产生裂缝使自然水渗降低建筑物的耐久性,砂浆制品的低温柔性、抗拉强度、抗冲击性差等。使用聚丙性纤维可以很好地改善这些性能,该纤维的作用机理是:以其在砂浆中良好的均匀乱向三维分步,利用聚丙烯纤维良好的延展性、粘接性,传递应力、吸收能量来抑制砂浆由于水泥石脱水收缩(干缩)、水泥水化引起内外温差(温缩)、水泥水化过程中的体积变形(化学收缩)等因素引起的微裂,从而提高砂浆的整体性、柔韧性、连续性,以及抗裂、抗渗性能和抗拉强度等。

    在工程中加入纤维后,可明显改善砂浆及外墙保温板的抗裂性能,提高外墙保温系统的整体性,可以保证保温材料与墙体的共同作用并有效阻断热桥,明显改善砂浆、保温板的和易性;尤其对于保温板外层砂浆,加入纤维可提高砂浆抹面抵抗温湿变化、风雨冲击的能力,增大了外保温层的整体稳定性,克服了墙体外保温层出现的耐久性不好、易产生干缩裂缝、施工工艺复杂等缺点。(豫永兴

    聚丙烯纤维特性
纤维类型:束状单丝                                      密度:0.91g/cm3
熔点:160~170℃                                        抗酸碱性:极高
比表面积:237m2/kg                                       燃点:580℃

    抹面砂浆专用纤维”长度为3 mm 、6 mm 、12mm,一般掺加量为0.9kg/m3。主要应用在外墙外保温系统的保温板外抹面砂浆中。

    3 聚丙烯纤维在干粉砂浆中的试验研究
3.1试验
3.1.1原料

    外墙保温抹面干粉主要材料包括:P.032.5水泥,比表面积:4000cm2/g;经水洗后的河砂,粒径在60目以下;聚合物粉末添加剂及细填充料聚丙烯纤维。

    3.1.2.1纤维分散性

    试验将聚丙烯纤维加入到聚合物干粉砂浆中,通过生产设备的实际生产考验,检测其在干粉砂浆中的分散性能。搅拌机为旋转连续式,搅拌速度在100~200r/min,有效容积为1600L,实际有效填充率为70%,外加辅助搅拌。

    1.试验设计

    1)  通过人工加料将聚丙烯纤维加入郑州豫永兴重工干粉的生产搅拌设备中,利用其高速的搅拌性能分散纤维,搅拌器停止工作后打开搅拌器仓门,在搅拌器内部的不同高度、不同位置共取10个样点。
2)  在生产设备底部包装机处取一个混合样。
3)  对以上所取的样点进行分散性测试。

    2.试验思路

    聚丙烯纤维是一种直径小,但长度较长的真线状材料,由于其本身结构特点,在筛分的过程中不会随着细粉而掉入到下层筛网中,而且在部分粗颗粒存在的条件下,在不断摇动、摆的过程中会相互团聚,形成一个比较完整的团聚体。利用此项特性我们决定通过两层筛网的分级筛分,得到分散后纤维的再次团聚体。

    3.1.2.2干粉砂浆制品性能

    抗裂性能

    试验依据DBJ 01-63-2002《外墙外保温用于聚合物砂浆质量检验标准》中抗裂性检测方法。考虑到实际环境的因素,我们采取了四种方案:

    1. 试验室正常条件下(温度为22℃,相对湿度50%)

    2. 高速风吹条件下(温度为22℃,相对湿度50%,风速在5m/s)

    3. 高速风吹+灯照(温度为22℃,相对湿度50%,风速在5m/s,灯照为500W灯泡)

    4. 在实际自然环境(温度为35℃,相对湿度40%,2级风)

    抗冲击性能及其它性能

    试验依据JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》中相关性能的检测方法。

    4 结果讨论
聚丙烯纤维在干粉砂浆中的分散性

    从实验数据看来,聚丙烯纤维体现了较高的分散性,虽然数据有所波动,这可能是由于在筛分的过程中纤维再团聚时包裹了一部分聚合物添加剂,造成了数据的不稳定。但是通过筛分发现纤维的含量与我们给定配比的添加量基本吻合。说明在搅拌时纤维有良好的分散性。

    袋装干粉砂浆混合样数据

    对经包装机已包装好的混合样即袋装干粉砂浆进行取样、筛分,试验测试得到:干粉砂浆中纤维含量为0.01g,检测结果与搅拌器测试结果一致。这充分说明纤维经搅拌器搅拌和包装成袋之后纤维与砂浆无分离现象,其分散性、均匀性好。

    通过以上两部分的实验检测,我们可以判定聚丙烯纤维在干粉砂浆中具有良好的分散性。

    4.2 掺加聚丙烯纤维干粉砂浆制品的抗裂性能

    经过所设计的以上四中试验条件试验后得到,在所试验的条件下,添加聚丙烯纤维外保温抹面砂浆几乎没有出现裂纹,而未添加聚丙烯纤维外保温抹面砂浆,除试验条件1外,在其它三种条件下,外保温抹面砂浆均出现明显裂纹,并且在自然环境下(条件4)出现的裂纹最多。试验结果充分说明外保温抹面干粉砂浆中掺加聚丙烯纤维对其制品的抗裂性能有明显的改善。

    4.3 掺加聚丙烯纤维干粉砂浆制品的抗冲击性能及其它性能

  5 结论

    通过试验可以得出聚丙烯纤维在干粉砂浆中具有良好的分散性。纤维的加入,大大提高了材料的抗开裂、抗冲击性能,并对干粉砂浆制品的其它性能无负面影响。通过实际的生产设备使用和工程应用,在干粉砂浆中掺加聚丙烯纤维具有大规模工业化生产的能力。工程上使用聚丙烯纤维可明显的改善砂浆及外墙保温板的抗裂性能,降低脆性、增加韧性,提高外墙保温系统的整体性,可以预见掺加聚丙烯的干粉砂浆将会在我国外墙保温工程方面发挥极大的作用。

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