顏婷婷, 尹俊飛, 龔靖逸, 張麗哲, 張 瑜

(南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院, 江蘇 南通 226019)

堿處理黃麻與聚丙烯纖維改善砂漿抗裂性能的研究

顏婷婷, 尹俊飛, 龔靖逸, 張麗哲, 張 瑜

(南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院, 江蘇 南通 226019)

選用黃麻和聚丙烯作為添加材料,增強(qiáng)水泥砂漿．采用不同濃度的氫氧化鈉對(duì)黃麻纖維進(jìn)行處理,處理不同的時(shí)間,探究黃麻力學(xué)性能的變化．并在水泥砂漿中加入不同摻量的堿處理黃麻和聚丙烯,研究其對(duì)水泥砂漿抗裂性能的影響．

水泥砂漿; 添加材料; 抗裂性能; 堿處理

0 引言

水泥砂漿是現(xiàn)代建筑重要的工程材料,也是近現(xiàn)代使用極其廣泛的建筑材料．但水泥砂漿有著它們固有的缺陷,比如容易產(chǎn)生裂縫甚至是斷裂,這些缺陷都在限制水泥砂漿進(jìn)一步廣泛應(yīng)用[1]．查閱文獻(xiàn)可以知道,大量實(shí)驗(yàn)和分析已經(jīng)證明,在混凝土和砂漿中摻入纖維可以使水泥基材的抗裂性、抗拉強(qiáng)度、抗沖擊性等有不同程度的提高[2-4]．

在我國,黃麻纖維的產(chǎn)量相當(dāng)豐富,如何更有效地利用這一資源在當(dāng)代具有重要意義．黃麻纖維具有很好的力學(xué)性能,比如說較高的拉伸強(qiáng)度、較低的比重,比強(qiáng)度和比剛度也較高,可以說,黃麻纖維是天然纖維中的高性能纖維．同時(shí),黃麻纖維是易降解,對(duì)環(huán)境無污染[5-7]．

迄今為止針對(duì)黃麻纖維增強(qiáng)水泥砂漿的研究還較少[8]．本文采用不同濃度的氫氧化鈉對(duì)黃麻進(jìn)行處理,處理不同的時(shí)間,探究黃麻力學(xué)性能的變化,并將不同長(zhǎng)度,不同工藝堿處理后的黃麻摻入到水泥砂漿中,對(duì)黃麻纖維增強(qiáng)砂漿的抗裂性能進(jìn)行測(cè)試研究,并和相同條件下的聚丙烯纖維增強(qiáng)砂漿的相關(guān)性能進(jìn)行比較,試圖為綠色環(huán)保的增強(qiáng)砂漿的開發(fā)探索一種新穎高效的方法．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

實(shí)驗(yàn)材料: 黃麻(經(jīng)過第一道梳理后的原麻絲)、聚丙烯纖維(PP)、氫氧化鈉(分析純)．

實(shí)驗(yàn)儀器: 燒杯、玻璃棒、電子天平．

1.1.2 試件澆筑

實(shí)驗(yàn)材料: 水泥(42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥)、砂(河砂,中砂)、水(家用自來水)、黃麻纖維(纖維長(zhǎng)度分別為10,19和30?mm)、PP(試樣用PP直徑為48?μm)．

實(shí)驗(yàn)儀器: 砂漿攪拌器、震動(dòng)臺(tái)、養(yǎng)護(hù)箱和液壓式試驗(yàn)機(jī)．

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 黃麻堿處理

選取5%、20%、35%和50%等4種NaOH濃度對(duì)黃麻纖維常溫下進(jìn)行堿處理4,6,8,10,12和16?h．

1.2.2 纖維砂漿抗裂性能試件的制備

參照美國混凝土學(xué)會(huì)ACI-544“纖維增強(qiáng)混凝土的性能測(cè)試”技術(shù)制備試件模型,試件尺寸為長(zhǎng)×寬×厚：914?mm×610?mm×19?mm,模板底部襯有聚乙烯薄膜,以減少底模對(duì)試件收縮變形的影響．模具周圍釘了一圈釘子,每個(gè)釘子間的間距是5?cm,以加快砂漿的開裂,本試驗(yàn)試樣的成型方法采用人工插搗,水泥∶砂∶水=l∶1.5∶0.65．

按照ACI-544測(cè)試方法,為了模仿室外的惡劣天氣,將試樣擱置在風(fēng)扇下,使處于有風(fēng)的環(huán)境．環(huán)境溫度為20±3℃,相對(duì)濕度為50±10%．連續(xù)吹24?h后關(guān)閉電風(fēng)扇,用細(xì)繩與直尺測(cè)裂縫長(zhǎng)度和寬度．

2 結(jié)果與分析

2.1 黃麻力學(xué)性能測(cè)試

不同NaOH濃度處理與不同時(shí)間處理后黃麻纖維力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如圖1和圖2所示.

圖1 不同NaOH濃度與不同處理時(shí)間后黃麻纖維的斷裂伸長(zhǎng)

圖2 不同NaOH濃度與不同處理時(shí)間后黃麻纖維的斷裂強(qiáng)度

從圖1可以看出在不同堿處理時(shí)間下,同一堿溶液濃度處理后試樣斷裂強(qiáng)力呈現(xiàn)先降低再升高最后回落的趨勢(shì),這可能是由于堿處理時(shí)間較少的時(shí)候脫膠不完全,在拉伸時(shí)發(fā)生脆性斷裂,隨著處理時(shí)間的增加,黃麻分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,纖維韌性增加,斷裂強(qiáng)力變大．同時(shí)可以看在處理時(shí)間為12?h時(shí)纖維的斷裂強(qiáng)力較大．從圖2可以看出,斷裂伸長(zhǎng)率剛開始變化幅度較大,隨著處理時(shí)間的增加,斷裂伸長(zhǎng)率逐漸穩(wěn)定在20%．

NaOH濃度為20%和50%,堿處理12?h后黃麻纖維的掃描電鏡圖如圖3和圖4所示．

圖3 50%濃度堿處理12?h

圖4 20%濃度堿處理堿處理12?h

在相同的堿處理時(shí)間下,不同濃度堿溶液處理黃麻,當(dāng)堿溶液的濃度為20%和50%時(shí)纖維具有較好的斷裂強(qiáng)力．從圖3和圖4可以看出,50%NaOH堿處理12?h的黃麻纖維表面比較光潔,脫膠比較徹底,通過減少纖維表面的雜質(zhì),增加了纖維的均勻性．這樣堿處理后的黃麻纖維可以使粗糙的纖維表面和砂漿基體界面間具有更好的粘附性能．因此在后道試驗(yàn)中選用50%NaOH堿處理12?h的黃麻纖維作為抗裂纖維．

2.2 抗裂纖維砂漿試件的表征與數(shù)據(jù)分析

2.2.1 實(shí)驗(yàn)的表征方法

抗裂纖維對(duì)混凝土和砂漿抗裂性能的影響涉及到一個(gè)采用何種指標(biāo)以及如何評(píng)定其效果的問題．Krrai[9]將肉眼可見的宏觀裂縫根據(jù)寬度分為六級(jí),每一級(jí)對(duì)應(yīng)著一個(gè)權(quán)值,用每級(jí)寬度的裂縫長(zhǎng)度分別乘以其相應(yīng)的權(quán)值,再相加起來所得到的總和稱為開裂指數(shù),開裂指數(shù)可以理解為試件中裂縫總面積的近似值,據(jù)此衡量開裂程度．

在本試驗(yàn)中,采取開裂指數(shù)的方法,按裂縫產(chǎn)生的實(shí)際情況對(duì)裂縫級(jí)別進(jìn)行劃分,并規(guī)定了相應(yīng)的權(quán)值見下表．求出每塊試樣的開裂指數(shù)進(jìn)行比較,開裂指數(shù)反映的是試樣開裂總的程度．

表1 裂縫寬度對(duì)應(yīng)的權(quán)值

2.2.2 不同種類的纖維對(duì)砂漿抗裂性能的影響

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,分別對(duì)素砂漿、摻量為0.8?kg/m3纖維長(zhǎng)度為19?mm的堿處理黃麻和聚丙烯進(jìn)行試驗(yàn),通過比較探究不同種類的纖維對(duì)砂漿抗裂性能的影響．

表2 不同種類的增強(qiáng)纖維對(duì)砂漿抗裂性能的影響

注:1—素砂漿; 2—摻量為0.8?kg/m3堿處理黃麻增強(qiáng)砂漿; 3—摻量為0.8?kg/m3PP增強(qiáng)砂漿;纖維長(zhǎng)度都為19?mm.

將試件1和2、3作對(duì)比可以明顯看出,在砂漿中加入纖維后可以有效抑制砂漿的開裂,裂縫寬度在2?mm以上的完全消失．將試件2和3進(jìn)行比較,可以較直觀的看出堿處理后黃麻纖維增強(qiáng)砂漿的抗裂效果優(yōu)于聚丙烯的,裂縫減少了26.4%．

2.2.3 纖維的摻量對(duì)砂漿抗裂性能的影響

在相同條件下,對(duì)相同纖維不同摻量的試樣進(jìn)行抗裂試驗(yàn),結(jié)果見表3．

表3 纖維摻量對(duì)砂漿抗裂性能的影響

注:1—摻量為0.4?kg/m3堿處理黃麻增強(qiáng)砂漿; 2—摻量為0.8?kg/m3堿處理黃麻增強(qiáng)砂漿; 3—摻量為1.2?kg/m3堿處理黃麻增強(qiáng)砂漿; 4—摻量為0.4?kg/m3PP增強(qiáng)砂漿; 5—摻量為0.8?kg/m3PP增強(qiáng)砂漿; 6—摻量為1.2?kg/m3PP增強(qiáng)砂漿;以上試樣中纖維的長(zhǎng)度都為19?mm.

表4纖維長(zhǎng)度對(duì)砂漿抗裂性能的影響

注:1—摻量為0.8?kg/m3長(zhǎng)度為19?mm的堿處理黃麻增強(qiáng)砂漿; 2—摻量為0.8?kg/m3長(zhǎng)度為30?mm的堿處理黃麻增強(qiáng)砂漿;3—摻量為1.2?kg/m3長(zhǎng)度為19?mm的堿處理黃麻增強(qiáng)砂漿; 4—摻量為1.2?kg/m3長(zhǎng)度為30?mm的堿處理黃麻增強(qiáng)砂漿.

從表3可以看出,無論在砂漿中摻入黃麻還是聚丙烯,隨著摻入量的增加,砂漿的裂縫在逐漸減少．通過對(duì)1與4、2和5，以及3和6的分別比較,堿處理后黃麻對(duì)抑制砂漿開裂更有效．

2.2.4 纖維的長(zhǎng)度對(duì)砂漿抗裂性能的影響

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)長(zhǎng)度不同的纖維試樣進(jìn)行抗裂性能比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4．將試樣1與2,3和4進(jìn)行比較,可以看出在相同摻量時(shí),隨著纖維長(zhǎng)度的增加,試樣的裂紋在增加．將試樣1與3,2和4進(jìn)行比較,可以再次看出隨著摻量的增加,試樣的裂紋在減少．

3 結(jié)論

對(duì)黃麻和聚丙烯纖維砂漿進(jìn)行了一系列的抗裂試驗(yàn)．結(jié)果分析表明,在抗裂試驗(yàn)中,堿處理過的黃麻的抗裂效果明顯好于聚丙烯，隨著纖維摻入量的增多,砂漿的抗裂性能不斷提高，在摻入同種纖維,且摻入量相同時(shí),纖維長(zhǎng)度較短,制得纖維增強(qiáng)砂漿的抗裂效果較好．

[1] 黃華,劉伯權(quán),劉衛(wèi)鐸.聚合物砂漿與混凝土抗拉粘結(jié)性能研究?[J].工業(yè)建筑,2009,39(4):98-105.

[2] 丁春林,張驊. 新型增強(qiáng)纖維混凝土抗拉性能試驗(yàn)研究?[J].中國建筑科技,2008(3):72-75.

[3] 李影.纖維在混凝土中的作用原理淺析?[J].市政技術(shù),2004,22(3):184-187.

[4] 李國忠,于衍真.植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的性能研究?[J].硅酸鹽通報(bào),1997(3):60-64.

[5] 曾竟成,肖加余,梁重云,等.黃麻纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料工藝與性能研究?[J]. 玻璃鋼復(fù)合材料,2001,30:30-33.

[6] 艾紅梅,白軍營.“綠色”纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的研究及發(fā)展?[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào), 2010,30:441-444.

[7] Cox B N, Marshall D B. Stable and unstable solutions for bridged cracks in various specimens?[J]. Acta metal Mater,1991,39(4):35-37.

[8] 于湖生.黃麻纖維改善砂漿抗裂性能的研究?[M].中國國際毛紡織會(huì)議暨羊毛論壇論文集,西安:西安工程大學(xué),2006.

[9] Kraai P P. A proposed Test to determine the cracking potential due to drying shrinkage of concrete?[J]. Concrete Construction, 1985, 32(1): 42-45.

ResearchonImprovementofCrackingResistanceofMortarReinforcedbyAlkaliTreatedJuteandPPFiber

YAN Ting-ting, YIN Jun-fei, Gong Jing-yi, ZHANG Li-zhe, Zhang Yu

(School of Textile and Clothing, Nantong University, Nantong Jiangsu 226019, China)

In this paper the jute and polypropylene are selected to reinforce cement mortar. The changes of mechanical properties of jute treated by different concentration of sodium hydroxide and time are studied. The crack resistance of fiber reinforced cement mortar with different dosage of jute and PP are researched. Through the analysis of the experiments, the optimal result is obtained, which is help to composite material.

cement mortar; addition material; cracking resistance; alkali treatment

2013-09-22

南通市應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目(BK2013040)

顏婷婷 (1977-), 女, 江蘇鹽城人, 講師, 博士, 研究方向?yàn)槔w維原料應(yīng)用等.

TQ177.6+2

A

1671-6876(2013)04-0323-04

[責(zé)任編輯蔣海龍]