PVA纖維改性砂漿的制備與性能研究論文設(shè)計

-PAGE5-摘要隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，砂漿的作用也越來越重要。由于普通砂漿有著抗裂性能差、強(qiáng)度較低等弱點，極大的限制了在工程中的應(yīng)用，而利用纖維本身的特性，恰好可以彌補(bǔ)砂漿性能中的一些缺陷，于是聚合物纖維砂漿的研究成為制備高性能水泥基復(fù)合材料的重要目標(biāo)。PVA纖維改性砂漿是一種新型的聚合物纖維水泥基復(fù)合材料，它具有良好的抗磨損、抗破碎以及抗裂性能，同時能夠抑制裂縫的產(chǎn)生，并增強(qiáng)抗?jié)B性能，它的出現(xiàn)對于聚合物纖維砂漿的施用具有深遠(yuǎn)的意義。本文對水泥砂漿的纖維以及PVA改性水泥砂漿的工作性能、力學(xué)性能、抗?jié)B性能等進(jìn)行綜述研究；并通過實驗制備PVA纖維水泥砂漿，研究PVA纖維對水泥砂漿的稠度、抗壓抗折、抗?jié)B性能以及收縮率的影響；最后對PVA纖維水泥砂漿的發(fā)展方向進(jìn)行展望。研究表明：（1）用于水泥砂漿中的纖維包括有機(jī)纖維、無機(jī)纖維和金屬纖維三大類，其中PVA有機(jī)纖維具有強(qiáng)度高、韌性好以及價格低廉的優(yōu)點廣泛的應(yīng)用于水泥砂漿的制備中；（2）適量的PVA纖維可以改善砂漿的工作性能，但是過多的PVA纖維會導(dǎo)致砂漿的和易性變差；（3）0.6%的PVA纖維摻量對砂漿力學(xué)性能提升最為顯著，過量的纖維會降低砂漿的強(qiáng)度；（4）PVA纖維有效地提高了材料的抗?jié)B性和抗凍性，同時降低了其脆性，提升其耐久度；實驗表明：（1）PVA纖維砂漿的稠度會隨著纖維含量的增加而不斷減小，隨著纖維摻量的增加，砂漿的需水量增大。（2）隨著纖維摻量的增加，砂漿抗折強(qiáng)度有先增后降然后再升的規(guī)律，其28d抗折強(qiáng)度峰值提高了52.40%；其抗壓強(qiáng)度則隨纖維摻量的增加而變化不大。（3）PVA纖維可以有效地提高砂漿28d的抗收縮性能，0.2%摻量時，收縮率降低了56.32%；在實驗可測定范圍內(nèi)，加入PVA纖維沒有使砂漿的抗?jié)B性降低。關(guān)鍵詞：聚合物纖維砂漿；PVA纖維；水泥基復(fù)合材料；砂漿性能

緒論纖維砂漿的概述水泥和水泥基材料是當(dāng)今社會當(dāng)中不可或缺的人造材料，他的出現(xiàn)為我們?nèi)祟惿钭龀隽藰O大的貢獻(xiàn)，但是生產(chǎn)水泥的過程中所產(chǎn)生的巨大的能耗，同時對環(huán)境也造成了一定的污染，依照可持續(xù)發(fā)展的原則，水泥基材料的發(fā)展必須達(dá)到高性能、低消耗、長壽命和多功能，于是聚合物纖維砂漿便應(yīng)運而生。因為沙漿的抗拉強(qiáng)度低、極限伸長率小、脆性大，混合材料沒有充足的時候構(gòu)成抗拉強(qiáng)度，來抵當(dāng)風(fēng)吹、陽光等條件下快速蒸發(fā)所發(fā)生的毛細(xì)縮短應(yīng)力，容易發(fā)生塑性縮短開裂。隨著裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性會大幅度降低，從而使得材料的使用壽命縮短[1]。因此，提高砂漿的性能非常重要。目前現(xiàn)代砂漿的應(yīng)用已經(jīng)開始朝著抗壓抗折強(qiáng)度高和流動性強(qiáng)的方向發(fā)展。同時，在修建施工過程當(dāng)中要易于施工，并且可以或許長期保持高強(qiáng)度、高韌性、高抗?jié)B性等機(jī)能，即高機(jī)能沙漿。作為復(fù)合材料之一的纖維水泥基復(fù)合材料是由作為基質(zhì)的水泥、骨料和水和作為加強(qiáng)物的各類無機(jī)或有機(jī)纖維以及金屬的不持續(xù)短切纖維構(gòu)成的混合物材料。聚合物纖維又叫做砼伴纖維，抗裂纖維、防裂纖維，合成纖維或塑料纖維等，它是一種以石油化工為主體材料，采用特殊生產(chǎn)工藝加工制造而成的高強(qiáng)度束狀單絲纖維。經(jīng)過添加具備高拉伸強(qiáng)度、大極限伸長率和杰出耐堿性的纖維作為加強(qiáng)質(zhì)料進(jìn)入混凝土或沙漿當(dāng)中，能有效的節(jié)制砂漿由塑性縮短、干縮、溫度轉(zhuǎn)變等身分引發(fā)的微裂痕，避免裂痕的出現(xiàn)和成長，大大提高混凝土的抗裂性、抗?jié)B性、抗沖擊性和抗震機(jī)能[2]?？蓮V泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑工程的地下工程防水、屋面、墻體、樓板、水池、地下室等，以及路橋工程。纖維改性砂漿的現(xiàn)狀纖維的類型用于水泥砂漿的纖維材料可以分為三大類：（1）有機(jī)纖維有機(jī)纖維是由有機(jī)聚合物制成的纖維或利用天然聚合物經(jīng)化學(xué)處理而制成的纖維，主要有聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維（PVA）、尼龍纖維、全芳族聚酯纖維等合成纖維和自然植物纖維[3]。區(qū)別于無機(jī)纖維與金屬纖維，有機(jī)纖維有著和大部分纖維共同的特點，其強(qiáng)度高、韌性好，耐化學(xué)品性和抗微生物性也優(yōu)于金屬纖維，并且有機(jī)纖維的價格低廉，十分適合運用于較大的工程建設(shè)之中，在水泥砂漿和混凝土中的運用也相比其他兩種纖維更為廣泛[3]。（2）無機(jī)纖維無機(jī)纖維是由礦物質(zhì)為材料制成的化學(xué)纖維，主要有天然礦物纖維（如石棉等）、氧化鋁纖維、抗堿玻璃纖維、碳纖維、碳化硅纖維等人造纖維。其中玻璃纖維和石棉被廣范應(yīng)用于隔熱材料。堿性玻璃纖維取代水泥中的石棉纖維，可以提高水泥的工作性能[4]。（3）金屬纖維金屬纖維是一種金屬含量較高，金屬材料連續(xù)分布、橫向尺寸在微米級的纖維形材料，例如鋼纖維等。部分運用于增加水泥墻體的硬度，多數(shù)運用于金屬纖維紡織品的制作[5]。圖1-1聚丙烯纖維圖1-2PVA纖維纖維改性砂漿的研究概況近些年來，聚合物纖維砂漿引人矚目，它在建筑材料中的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)展。在英、美等發(fā)達(dá)國家，已經(jīng)在一些應(yīng)用領(lǐng)域中進(jìn)行了大量的現(xiàn)場試驗，包括路面和橋面(機(jī)場跑道和公路)的覆蓋層、采礦和隧道工程的各種應(yīng)用、防火設(shè)施、邊坡固定、砂漿修補(bǔ)、工業(yè)地板等，所有的這些都取得了一定的成功，和其他纖維相比，聚合物纖維的價格十分低廉，增強(qiáng)的性能十分優(yōu)異，具有極其廣闊的發(fā)展前景。馬來西亞檳城理工大學(xué)的EetharThanonDawood[6]等人通過研究研究了混雜纖維對水泥砂漿力學(xué)性能的增強(qiáng)作用，試驗結(jié)果表明，混雜纖維對于砂漿的抗裂性能的提高具有十分有效的作用，其中劈裂抗拉強(qiáng)度提高了44%，彎曲強(qiáng)度提高了140%。西班牙阿利坎特大學(xué)的埃佐諾薩[7]等人實驗研究了碳纖維砂漿的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、孔隙率和耐腐蝕性等力學(xué)性能，試驗結(jié)果表明，少量碳纖維對砂漿的抗折強(qiáng)度和抗裂性能具有極高的提升。戴建國[8]等人實驗研究了不同長度和摻量的聚丙烯纖維對砂漿塑性收縮性能的影響，在試驗研究中發(fā)現(xiàn)，降低砂漿澆注成型后的失水、抑制砂漿塑性收縮過程中的裂縫產(chǎn)生、提高砂漿的抗裂性能的前提是聚丙烯纖維在砂漿中均勻隨機(jī)分布。金寶宏[9]等人對滌綸纖維改善砂漿抗裂性能和耐堿性能的效果進(jìn)行了實驗研究，研究發(fā)現(xiàn)，滌綸纖維可以抑制砂漿早期塑性開裂，結(jié)合數(shù)據(jù)分析砂漿的裂縫面積降低了40%，此外，由于耐堿性的優(yōu)點，使得滌綸纖維在堿性環(huán)境中十分受用。PVA纖維砂漿PVA纖維概述

聚乙烯醇纖維（簡稱PVA纖維）是以高聚合度的優(yōu)質(zhì)聚乙烯醇（PVA）為原料，采用獨特的加工技術(shù)而制成的一種合成纖維。它是由德國瓦克化學(xué)公司于20世紀(jì)30年代初期制得。PVA纖維的優(yōu)點是具有很好的耐光性、耐腐蝕性、分散性和機(jī)械性能，其強(qiáng)度高、模量高、伸度低、耐酸堿性和抗化學(xué)藥品性強(qiáng)，對人體和環(huán)境沒有任何危害。由于和水泥、塑料等的親和性好的特點，它也被運用于制備高性能纖維水泥基復(fù)合材料[10]。PVA纖維與聚丙烯纖維在砂漿中的性能對比聚乙烯醇（PVA）的優(yōu)點是比重小、耐酸堿、耐日曬、耐彎曲、不危害皮膚，可廣泛用于石膏和纖維制品中，一般用于替代玻璃纖維。PVA纖維的力學(xué)性能也優(yōu)于其他大多數(shù)有機(jī)纖維，它的拉伸強(qiáng)度甚至超過了鋼、鋁合金和玻璃鋼等材料，模量也略低于鋼材及鋁合金，但是比重則只有1.38/cm3僅僅是鋼材的1/6，低于鋁比重的1/2，斷裂伸長在5%-7%左右，比石棉輕，且耐用性是石棉的1.5-2倍，與石棉纖維砂漿性能相比，聚乙烯醇改性纖維砂漿的裂縫減少率高達(dá)86%，沖擊強(qiáng)度提高4.9倍左右。從總體上來說PVA纖維在水泥基材料中的性能是優(yōu)于眾多纖維的[11]。對于纖維改性砂漿，纖維作為砂漿中最為重要的增強(qiáng)體，其提高砂漿的極限拉伸值憑借的是極高的高彈性模量與優(yōu)異的界面粘結(jié)強(qiáng)度。PVA纖維具有表面粗糙的特點，不同于聚丙烯纖維等其他眾多的纖維，而正是這種特殊的不同之處能增強(qiáng)纖維與水泥材料間的物理錨固力（錨桿錨固部分與巖體的結(jié)合力）錨固力愈大錨桿作用愈可靠，錨固效果愈好[12]。PVA纖維與PP纖維等的化學(xué)成分不同，化學(xué)分子式如圖1-3，PVA纖維的化學(xué)分子式中羥基能有效與水、水泥基材料結(jié)合，形成氫鍵，使得PVA纖維表面與水泥基材料之間接觸十分緊密，無法產(chǎn)生對混凝土抗凍性能有損害的細(xì)微空隙，同時也能有效的提高纖維與水泥基材料的界面粘結(jié)力，這是聚丙烯纖維無法具備的。同時化學(xué)分子式中的羥基也決定了PVA纖維的親水性，而PP纖維則恰恰相反，具有憎水的特點，是憎水性纖維。親水性纖維與憎水性纖維相比，親水性纖維具有更強(qiáng)的保水性能，能夠極大的提高纖維混凝土保水性，減少泌水現(xiàn)象的發(fā)生[13]。（a）PVA纖維（b）PP纖維圖1-3PVA纖維與PP纖維分子式如表1-1，PVA纖維的彈性模量（單向應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力除以該方向的應(yīng)變）是聚丙烯纖維（PP纖維）彈性模量的10倍，這使得PVA纖維在砂漿受力斷裂時，能吸收很大的能量，也就是說PVA纖維混凝土也能承受更大能量的破壞荷載，從而增強(qiáng)了混凝土的韌性[13]。PVA纖維與其他纖維根本的不同在于彈性模量高、抗拉強(qiáng)度高等特點。纖維的高彈性模量對提高砂漿極限拉伸值之所以具有意義，是因為砂漿試件剛成型后并不具備強(qiáng)度，這時候砂漿試件受力可能會導(dǎo)致塑性開裂，而高強(qiáng)高模的PVA纖維由于其彈性模量高于砂漿試件，可先受力進(jìn)而阻止砂漿的開裂。同理在混凝土彈性模量與強(qiáng)度逐漸上升的過程中（即低強(qiáng)度時期），PVA纖維的彈性模量仍然高于混凝土，可以防止混凝土由于受溫度應(yīng)力或其他大于混凝土抗拉強(qiáng)度的應(yīng)力對混凝土產(chǎn)生的開裂作用，從而有效的防止了早期的裂縫[13]。表1-1PVA纖維與PP纖維指標(biāo)對比指標(biāo)PP纖維PVA纖維抗拉強(qiáng)度（MPa）270～6001500～1700彈性模量（GPa）3～732～40單絲直徑（μm）3015～25伸度(%)25～306～8密度（g/cm3）0.911.29～1．30耐堿性好好耐光性不好吸濕性(%)05PVA纖維砂漿的研究進(jìn)展對于PVA纖維，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的理論與試驗研究并已開始付諸于實際應(yīng)用，但PVA的材料設(shè)計仍然繼續(xù)沿用普通砂漿配合比設(shè)計或者鋼纖維的理論設(shè)計的思路，PVA尚缺乏完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論，所以仍然有大量的研究工作急需開展，發(fā)展高性能砂漿是現(xiàn)代社會的必然趨勢，高性能砂漿應(yīng)該具有高強(qiáng)度、高使用性及顯著的耐久性，因此PVA纖維改性砂漿的發(fā)展是充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)的。（1）工作性能研究PVA纖維砂漿的工作性能主要體現(xiàn)在PVA纖維砂漿的流動度、保水性、砂漿強(qiáng)度以及粘結(jié)性上。由于PVA纖維的親水性，使得纖維吸水性較好，并且PVA纖維化學(xué)分子式中的羥基能有效的與水、水泥基材料結(jié)合，使得PVA纖維表面與水泥基材料之間接觸更加緊密，有效的提高了纖維與水泥基材料之間的界面粘結(jié)力，均勻分散的PVA纖維相互折疊成網(wǎng)狀支撐體系，網(wǎng)狀支撐體系隨機(jī)分布，起到支撐骨料的作用，從而有效減少骨料的離析，減少泌水，提高粘結(jié)性和保水性。但是過量的PVA纖維會使砂漿流動度減小，但也會對砂漿的施工性能帶來不利的影響[14]。賴學(xué)全[6]經(jīng)試驗研究發(fā)現(xiàn)，隨著纖維摻量的不斷增加，砂漿的稠度將會逐漸的下降，從而導(dǎo)致了砂漿的和易性變差。為了使砂漿具有良好的流動性、保水性和和易性，通過添加高效減水劑將水泥顆粒分散在液相中，從而釋放絮凝結(jié)構(gòu)中水泥顆粒包圍的水，改善砂漿的和易性和流動性，使砂漿更容易壓實，在一定程度上有利于纖維的均勻分散。（2）力學(xué)性能研究PVA纖維砂漿的力學(xué)性能主要體現(xiàn)在PVA纖維的抗壓和抗折強(qiáng)度。在水泥砂漿中摻入適量聚乙烯醇纖維后，聚乙烯醇纖維與水泥水化產(chǎn)物交織在一起。隨著水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，聚乙烯醇在基體中不斷沉淀，形成連續(xù)分布的絮狀聚合物膜如圖1-4，該膜整體呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不僅可以改善水泥基內(nèi)部孔隙，還可以橋接水泥板之間，吸收外部荷載能量，延緩或抑制裂縫的發(fā)展，從而增強(qiáng)砂漿的物理力學(xué)性能；然而，當(dāng)聚乙烯醇含量過高時，大量片狀聚合物膜將形成并涂覆在水泥顆粒表面，這將對水泥的水化產(chǎn)生不利影響，從而降低其宏觀性能[15]。圖1-4PVA改性砂漿內(nèi)部微觀形貌孫詩兵[16]等人在水泥中摻入PVA纖維，纖維經(jīng)球磨40min后分散拌勻，與細(xì)骨料(石英砂)攪拌制成砂漿，并根據(jù)水泥膠砂試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了相關(guān)的性能測試。試驗結(jié)果表明，球磨后的聚乙烯醇纖維表面粗糙，有利于提高砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度。范杰[17]等人研究了聚乙烯醇改性水泥砂漿的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，水泥砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度均隨PVA摻量的增加呈低升高降的特征。PVA纖維的摻入量為0.6%時對砂漿具有最優(yōu)的抗壓強(qiáng)度，1.0%PVA纖維摻入時，水泥砂漿抗折強(qiáng)度的提升最為明顯。此外，通過測試不同齡期的砂漿力學(xué)性能的強(qiáng)弱，得出摻入過量PVA纖維會導(dǎo)致水泥水化速度變慢，從而降低砂漿的力學(xué)性能的結(jié)論。內(nèi)布拉斯加大學(xué)[18]通過對試樣的抗壓強(qiáng)度、韌性和斷裂能的測試研究了聚乙烯醇纖維。在實驗中建立了斷裂模量和彈性模量的計算公式。通過研究發(fā)現(xiàn)，聚乙烯醇纖維雖然對砂漿抗壓強(qiáng)度的影響不大，但是卻極大的提高了砂漿的韌性。（3）其他性能研究PVA纖維除了對砂漿的工作性能和力學(xué)性能有所影響外還對砂漿的抗收縮性、抗裂性能和抗?jié)B性有所影響。砂漿在成型后，由于水分蒸發(fā)使得水泥砂漿內(nèi)部形成了對管壁間材料的拉應(yīng)力，由于材料處于塑性階段，這時自身的塑性抗拉強(qiáng)度較低，使得材料表面層將會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。當(dāng)加入適量的PVA纖維時，雖然不能有效提高硬質(zhì)水泥砂漿的抗拉強(qiáng)度來防止裂縫的產(chǎn)生，但在穩(wěn)定的裂縫擴(kuò)展階段，少量的纖維可以起到降低應(yīng)力集中和防止裂縫尖端裂縫擴(kuò)展的作用，從而減少裂縫擴(kuò)展進(jìn)程，減小裂縫寬度，從而經(jīng)濟(jì)有效地顯示出改善水泥基材料硬化、干燥、脫水、收縮和抗裂的效果[19]。另一方面，在水泥基材料的硬化過程中，摻入纖維起到了精細(xì)增強(qiáng)的作用，有效地消耗了能量，控制了水泥基體中裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，大大提高了水泥基材料的抗裂性，提高了材料的抗沖擊性能，有效地提高了材料的抗彎強(qiáng)度，降低了其脆性，同時提高了材料的抗?jié)B性和抗凍性，大大提高了材料的耐久性[20]。孫詩兵[16]等人在砂漿中摻入了PVA纖維，試驗結(jié)果表明：聚乙烯醇纖維在礦物摻合料砂漿中能明顯提高砂漿的抗裂性能，為纖維增強(qiáng)砂漿的抗裂作用提供了理論依據(jù)。楊付權(quán)[21]等人也通過實驗發(fā)現(xiàn)，加入少量的PVA纖維可以顯著的提高砂漿的抗裂性和抗?jié)B性。本課題的研究目的及意義早在90年前聚合物改性砂漿和混凝土的概念就已被提出了，但直到20世紀(jì)70年代后此類材料才得到較快發(fā)展，正值歐美發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)四五十年代修建的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)入修補(bǔ)加固的時期。從某種程度上說，聚合物在水泥基材料中的應(yīng)用是伴隨著混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)加固而發(fā)展起來的。建筑物構(gòu)件和墻體出現(xiàn)的裂縫降低了建筑物的外觀質(zhì)量和耐久性，如何提高水泥基材料的抗裂性能成為工程技術(shù)人員關(guān)注的重點之一。建筑砂漿作為建筑行業(yè)不可缺少的材料，隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，砂漿的作用也越來越重要。而砂漿抗裂性能差、強(qiáng)度較低一直是砂漿使用過程中的弱點，影響了它在一些工程中的應(yīng)用，經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者多年的初步研究，纖維砂漿在土木工程應(yīng)用方面已雛現(xiàn)諸多優(yōu)點，摻人不同種類的纖維，都能在不同程度上增強(qiáng)砂漿的韌性，提高其抗裂性能而纖維以其特有的性能，恰好彌補(bǔ)了砂漿這一弊端，再加上實際工程對高性能砂漿的需求日益突出，所以對高性能纖維砂漿的研究是非常迫切的。PVA纖維改性砂漿在路面修補(bǔ)及橋梁維修與加固等領(lǐng)域具有巨大的潛力，如果能合理應(yīng)用則對于提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性具有深遠(yuǎn)意義，為使PVA纖維在水泥基材料中更好地發(fā)揮作用,將PVA纖維加入到砂漿中制備纖維改性砂漿并研究其性能的改善情況，有一定的必要性。

實驗部分實驗原料及儀器實驗原料見表2-1。表2-1PVA纖維改性砂漿制備試驗原料實驗原料規(guī)格廠家水泥42.5R南京江南水泥有限公司PVA纖維常州天怡工程纖維有限公司聚羧酸減水劑——實驗室自來水——常州市自來水河砂中砂實驗室實驗儀器見表2-2。表2-2PVA纖維改性砂漿性能試驗儀器實驗儀器規(guī)格廠家稠度測定儀SC-145無錫建儀有限公司抗壓抗折試驗機(jī)SN-200無錫東儀制造科技有限公司抗?jié)B儀——金壇市白塔新寶儀器廠收縮率儀——江蘇姜堰市康達(dá)實驗器材廠天平BT-6000上海友聲衡器有限公司稱量紙——江蘇姜堰市康達(dá)實驗器材廠40mm*40mm*160mm膠砂試?！獙嶒炇覍嶒灢襟EPVA纖維改性砂漿制備本次實驗制備PVA纖維改性砂漿選用42.5R水泥，水灰比為1：0.43，中砂，砂子含水率為2.8%，聚羧酸減水劑含量為膠凝材料的0.2%，纖維摻量為膠凝材料的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行變化，設(shè)計以下7組實驗，實驗表格見表2-3。

表2-3PVA纖維改性砂漿制備試驗表水泥（g）砂子（g）水（g）減水劑（g）PVA纖維（%）1110030004801.5-2110030004801.50.23110030004801.50.44110030004801.50.65110030004801.50.86110030004801.51.07110030004801.52.0本次砂漿制備考慮到纖維在攪拌中可能出現(xiàn)打結(jié)和團(tuán)聚現(xiàn)象，故采用人工攪拌。在準(zhǔn)備制作PVA纖維改性砂漿時，我們首先是要將相應(yīng)的實驗用具以及砂漿制備的材料準(zhǔn)備好，然后開始制備。首先，準(zhǔn)備一個容器用來裝盛砂漿，將稱取好的水泥和砂子倒入容器中并攪拌均勻，攪拌過程中用手指將成團(tuán)的PVA纖維分散并加入到砂子和水泥中，將稱量好的減水劑倒入水中，經(jīng)過充分?jǐn)噭蚝蟮谷胨嗪蜕白又性俅芜M(jìn)行攪拌，直至攪拌均勻即可得到試樣。PVA纖維改性砂漿稠度測試（1）先用少量的潤滑油擦拭滑桿，并擦去多余的潤滑油，使滑桿上的潤滑油分布且滑桿能夠自由的上下滑動；（2）用濕抹布擦拭盛漿容器和試錐的表面，使得盛漿容器和試錐的表面充分的濕潤，再將制備的砂漿拌合物一次裝入容器之中，使砂漿表面略低于容器口表面約1cm左右。接著用搗棒自容器的中心向邊緣均勻地插搗25次，然后輕輕地?fù)u動容器或敲擊容器5～6下，使砂漿表面平整，然后將容器置于稠度測定儀的底座上；（3）擰松螺絲，向下移動滑桿，使試錐尖端與砂漿表面剛接觸時，擰緊螺絲，按歸零鍵，再擰松螺絲，同時計算時間，等待10s以后重新擰緊螺絲，觀察表盤上的讀數(shù)，讀數(shù)的值即為砂漿的稠度值；（4）將盛漿容器內(nèi)的砂漿再次倒入鍋中，攪拌均勻以后再使用上述方法測試一次稠度值，取兩次稠度值得平均數(shù)值為最終的讀數(shù)。圖2-1砂漿稠度測定儀（1—齒條測桿；2—擺針；3—刻度盤；4—滑桿；5—制動螺絲；6—試錐；7—盛裝容器；8—底座；9—支架）PVA纖維改性砂漿抗壓抗折強(qiáng)度性能測試（1）試樣成模將砂漿制備完成以后，取出試模并將試模拆卸，用干抹布擦拭試模的表面使得表面光滑，再將試模組裝起來，并擰緊試模保證試模不會松開，將試模刷上油以后將砂漿倒入試模之中，用抹刀在試模中的砂漿中輕輕插搗并用手輕輕顛顛試模，使得試模中砂漿里的氣泡排出，直至砂漿表面平整，用抹刀刮去表面多余的砂漿，接著用抹布將試模表面擦拭干凈，送入養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，待1天以后輕輕拆開試模給試塊做上標(biāo)記，繼續(xù)放入養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，28d后取出進(jìn)行抗折抗壓試驗。（2）抗折強(qiáng)度實驗A.把試塊從養(yǎng)護(hù)室中取出后應(yīng)及時進(jìn)行試驗。取出28d齡期的三條試件擦去試體表面上的水分和沙粒，并清除儀器接觸試體表面上的雜物，將氣孔較多或氣孔較大的一面向上作為加荷面，穩(wěn)定放入儀器中并保證受力點在試件的中心。B.電動抗折試驗機(jī)以50±10N/s的速率在與加荷面垂直的方向均勻地對砂漿試件施加荷載。試體折斷后，取出兩個試塊并用濕抹布蓋好，清理夾具圓柱表面上的雜物，繼續(xù)試驗。C.抗折強(qiáng)度值取三條試體試驗強(qiáng)度結(jié)果的平均值，精確至0.1MPa。（3）抗壓強(qiáng)度實驗A.=1\*GB3①將抗折試驗后的兩塊斷塊繼續(xù)使用測試抗壓強(qiáng)度。B.試驗前先清除試件表面的砂粒和雜物，接著將試件放入儀器對應(yīng)的位置，并緊靠儀器的一邊，確保試體受壓面積為40*40mm。加荷過程中以2400N±200N/s的速率均勻地加荷直到試體破壞，然后記錄數(shù)據(jù)。C.每齡期以一組三個棱柱體上得到的六個斷塊抗壓強(qiáng)度測定值的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果，結(jié)果精確至0.1MPa。PVA纖維改性砂漿抗?jié)B性能測試（1）將拌合好的砂漿一次裝入試模中，用抹刀插搗數(shù)次并振動使之密實，當(dāng)填充砂漿高于試模邊緣時，用抹刀以45°角一次性將試模表面多余的砂漿刮去，使試模表面平整，共成型六個試件。（2）試件成型后將試模放在室溫（20±5）℃的養(yǎng)護(hù)室中，靜置24h后脫模。試件脫模后再次放入養(yǎng)護(hù)室中，養(yǎng)護(hù)至28d后，取出用濕抹布擦去表面的水汽，放入80℃的烘箱中鼓風(fēng)干燥，待表面微干后，在試件的周圍均勻的涂上密封材料。（3）將涂上密封材料的試件放入儀器的試模之中，擰緊螺絲，接著操控儀器從0.2MPa開始加壓，每隔30min增加0.1MPa，當(dāng)6個試件中有3個試件表面滲水時，試驗結(jié)束并記下水壓。PVA纖維改性砂漿收縮率性能測試（1）將收縮頭的一端涂上潤滑油，將另一端沒涂上油的插入試模兩端的孔洞中，清潔試模后將試模表面涂上潤滑液油；（2）將拌合好的砂漿一次性裝入試模中（試模：尺寸為40mm×40mm×160mm棱柱體，且在試模的兩個端面中心，各開一個Φ6.5mm的孔洞），用抹刀插搗數(shù)次并振動使之密實，用抹刀以45°角一次性將試模表面多余的砂漿刮去，使得試模內(nèi)砂漿表面平整，將試模放入（20±5）℃的養(yǎng)護(hù)室中，24h后拆模，進(jìn)行編號，并標(biāo)明測試的方向；（3）將試件置于收縮率測試儀上，測定試件的初始長度；（4）測定砂漿試件初始長度后，依然置于收縮率測試儀上，到第2d、3d、7d、14d、28d分別測定試件的長度，即為自然干燥后長度。

實驗數(shù)據(jù)及處理PVA改性砂漿稠度實驗數(shù)據(jù)PVA纖維改性砂漿稠度數(shù)據(jù)取值分別為PVA纖維摻量0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的六組數(shù)據(jù)為參考，最后取值精確至1mm，具體數(shù)據(jù)見表3-1。表3-1PVA改性砂漿稠度數(shù)據(jù)表組號PVA摻量（%）稠度（mm）10.07620.26430.46340.66350.86161.058如圖3-1，在砂漿其他原材料使用量都不變的情況下，只改變PVA纖維的摻量，則砂漿的稠度會發(fā)生如下的變化：從總體來看，砂漿的稠度變化呈下降的趨勢，通過對比空白組普通砂漿和0.2%PVA纖維砂漿的稠度值，加入纖維后，稠度下降了15.78%，隨著PVA纖維的摻量進(jìn)一步增大，砂漿的稠度也有較小的變化，這種變化傾向于稠度變小，由此可以看來在砂漿中加入聚合物PVA纖維將會影響砂漿的稠度變化，并有隨著纖維量的增加稠度不斷降低的規(guī)律。圖3-1PVA改性纖維砂漿稠度曲線單位：mm結(jié)合實驗過程進(jìn)行分析，在摻加纖維之后砂漿的保水性明顯提高，泌水現(xiàn)象改善了很多，并隨著纖維含量的進(jìn)一步增加，幾乎不出現(xiàn)泌水，單位：mm圖3-22.0%PVA纖維砂漿拌和過程PVA纖維砂漿抗折抗壓實驗數(shù)據(jù)PVA纖維改性砂漿抗折抗壓數(shù)據(jù)取值分別為PVA纖維摻量0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、2.0%的七組試樣成型后28d的抗折按壓數(shù)據(jù)為參考，最后取值精確至0.1MPa，具體數(shù)據(jù)見表3-2。表3-2PVA改性砂漿抗折抗壓數(shù)據(jù)表組號PVA摻量（%）抗折（MPa）抗壓（MPa）10.08.245.520.210.943.730.411.343.140.611.545.050.811.742.261.010.735.872.012.554.0圖3-3為不同PVA纖維摻量下水泥砂漿在28d齡期的抗折強(qiáng)度測試結(jié)果曲線圖，從中可以看出在摻加PVA纖維后，水泥砂漿的抗折強(qiáng)度明顯升高，曲線總體也呈向上的趨勢，說明PVA纖維的摻入可以提升砂漿的抗折強(qiáng)度，PVA摻量在0.2%-0.8%時，砂漿的抗折強(qiáng)度有隨著纖維摻量增加而上升的規(guī)律，在PVA纖維摻量為2.0%時砂漿抗折強(qiáng)度達(dá)到最高12.5MPa，對比空白組的砂漿試件，抗折強(qiáng)度提升52.4%，隨著纖維摻量的進(jìn)一步增加砂漿抗折強(qiáng)度有極小的降低，隨后繼續(xù)增加纖維的摻量抗折抗壓強(qiáng)度依然會有緩慢上升的趨勢。圖3-3不同PVA纖維摻入量下砂漿試件抗折強(qiáng)度曲線圖通過觀察PVA纖維砂漿和空白實驗組砂漿試件的斷裂面如圖3-4，同時結(jié)合理論分析得出產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能是由于適量PVA摻入到水泥砂漿時，PVA纖維可以均勻分散在水泥砂漿中，形成均勻分布的聚合物膜，聚合物膜橋接在水泥板之間，當(dāng)砂漿試件受到外力時，聚合物膜提供一定的抗拉強(qiáng)度，從而提高砂漿的整體抗折強(qiáng)度；當(dāng)PVA摻量相對過高時，由于PVA纖維的吸水性，導(dǎo)致砂漿工作性能較差,使得纖維難以分布均勻，大量PVA在基體內(nèi)部結(jié)團(tuán),隨著水泥養(yǎng)護(hù)齡期的延長，大塊且較厚的聚合物膜在砂漿試件內(nèi)部不斷地析出，水泥顆粒表面不斷地被這些聚合物膜所包裹，阻礙水泥水化，從而減緩了水泥抗折強(qiáng)度的增長速度，使得水泥砂漿28d的抗折強(qiáng)度較低[9]。圖3-4PVA纖維砂漿與空白組砂漿斷裂面對比如圖3-5所示，圖中為不同PVA纖維摻量下水泥砂漿在28d齡期的抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果，從圖中可以看出在摻加PVA纖維后，水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度基本上保持不變，在PVA纖維摻入量在0.0%-1.0%變化時，砂漿的抗壓強(qiáng)度始終在42.55MPa左右浮動，對比空白組砂漿試件的抗壓強(qiáng)度，摻加纖維后的砂漿試件也沒有十分明顯的變化，當(dāng)纖維摻入量提高到2。0%時，砂漿試件的抗壓強(qiáng)度有所提高，對比空白組砂漿試件，抗壓強(qiáng)度提高18.7%,由此可以看出，隨著適量的PVA纖維的摻入，砂漿試件的抗壓強(qiáng)度基本保持不變，在摻入大量PVA纖維后水泥砂漿試件的抗壓強(qiáng)度才有細(xì)微的提升。圖3-5不同PVA纖維摻入量下砂漿試件抗壓強(qiáng)度散點圖PVA纖維改性砂漿抗?jié)B性能數(shù)據(jù)PVA纖維改性砂漿抗?jié)B數(shù)據(jù)取值主要為PVA纖維摻量0.0%、0.2%、2.0%的三組試樣成型后28d的抗?jié)B數(shù)據(jù)為參考，最后取值精確至0.1MPa，具體數(shù)據(jù)見表3-3。表3-3PVA改性砂漿抗?jié)B性能數(shù)據(jù)表組號PVA摻量（%）抗?jié)B（MPa）10.0≥2.520.2≥2.532.0≥2.5

圖3-6PVA纖維砂漿與空白組砂漿在2.5MPa下均無滲水如圖3-6，在實驗過程中由初始壓力值0.2MPa逐漸增壓至抗?jié)B性能測試儀最高抗?jié)B壓力值2.5MPa，空白砂漿試件和摻加PVA纖維后的砂漿試件均無出現(xiàn)砂漿表面滲透出水的現(xiàn)象，考慮到所得結(jié)果無法進(jìn)行對比，沒有辦法得出結(jié)論故停止實驗。分析實驗失敗的原因是在配制砂漿時沒有考慮砂漿制備時的抗?jié)B等級，從而導(dǎo)致所制備的PVA纖維砂漿和空白組試件砂漿的抗?jié)B強(qiáng)度較高無法得出有效的結(jié)論。PVA纖維改性砂漿收縮率數(shù)據(jù)PVA纖維改性砂漿收縮率數(shù)據(jù)取值主要為PVA纖維摻量0.0%、0.2%的兩組試樣成型后1d、2d、3d、7d、14d、28d的砂漿試件自然干燥收縮值數(shù)據(jù)為參考，收縮值計算公式如（3-1），收縮值計算保留兩位小數(shù)，具體數(shù)據(jù)見表3-4、3-5。εat=L0εat——相應(yīng)為t天（1d、2d、3d、7d、28d）時的自然干燥收縮率；Lo——試件成型后1d的長度即初始長度（mm）；Lt——相應(yīng)為t天（1d、2d、3d、7d、28d）時試件的實測長度（mm）。表3-4無PVA纖維砂漿收縮率數(shù)據(jù)天數(shù)t（d）初始長度L0實測長度LtL0收縮率εat24.574.540.030.6634.574.540.030.6674.574.490.081.75144.574.100.4710.28284.574.050.5211.38表3-50.2%PVA纖維砂漿收縮率數(shù)據(jù)天數(shù)t（d）初始長度L0實測長度LtL0收縮率εat27.947.890.050.6337.947.890.050.6377.947.810.131.64147.947.480.465.79287.947.430.516.42如圖3-8，圖中為加0.2%PVA纖維的纖維砂漿和不加纖維的普通砂漿試件在2d、3d、7d、14d、28d的收縮率變化折線圖，從曲線中可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)天數(shù)的增加，收縮率曲線在1～14d變化幅度比較大；14～28d，收縮率曲線變化逐漸趨勢趨于平緩，說明砂漿的收縮主要集中在前14d。在14dPVA纖維砂漿和普通砂漿收縮率變化最大，PVA纖維砂漿收縮率達(dá)到5.79%，普通砂漿收縮率為10.28%，可見PVA纖維在抑制砂漿早期塑性收縮上具有十分明顯效果，收縮率僅為普通砂漿的56.32%左右。圖3-82d、3d、7d、14d、28d砂漿試件的收縮率變化折線圖

總結(jié)與展望總結(jié)本文研究了PVA纖維和PVA纖維改性砂漿的各項性能，主要實驗分析PVA纖維砂漿物理性能中砂漿稠度和PVA纖維摻量之間的關(guān)系，分析力學(xué)性能中PVA纖維摻量對砂漿抗壓抗折強(qiáng)度的影響，以及PVA纖維砂漿的抗收縮性能和抗?jié)B性能。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述研究，得出以下結(jié)論：（1）用于水泥砂漿中的纖維包括有機(jī)纖維、無機(jī)纖維和金屬纖維三大類，其中PVA有機(jī)纖維具有強(qiáng)度高、韌性好以及價格低廉的優(yōu)點廣泛的應(yīng)用于水泥砂漿的制備中；（2）適量的PVA纖維可以改善砂漿的工作性能，但是過多的PVA纖維會導(dǎo)致砂漿的和易性變差；（3）0.6%的PVA纖維摻量對砂漿力學(xué)性能提升最為顯著，過量的纖維會降低砂漿的水化速度，從而降低砂漿的強(qiáng)度；（4）PVA纖維有效地提高了材料的抗?jié)B性和抗凍性，同時降低了其脆性，提升其耐久度。通過控制變量的方法，維持砂漿的基本配合比不變，改變PVA纖維的摻量，并設(shè)置空白組與之對比進(jìn)行試驗，得出了以下的結(jié)論：（1）在砂漿中加入適量的PVA纖維后砂漿的稠度將會明顯的下降，并根據(jù)摻量的多少下降不同的程度，摻量越大稠度下降越大，同時可以提高砂漿的保水性，減少泌水現(xiàn)象；在摻入大量的PVA纖維后，砂漿的施工性能將會降低，和易性降低，拌和難度也會加大；（2）在砂漿中加入適量的PVA纖維后，砂漿的抗折抗壓強(qiáng)度會有不同程度的提高，其中對砂漿的韌性提升最大，28d抗折強(qiáng)度峰值抗折強(qiáng)度提升了52%；其抗壓強(qiáng)度則隨纖維摻量的增加而變化不大；當(dāng)PVA纖維含量過高時，砂漿的抗折抗壓強(qiáng)度均有下降，但是隨著纖維摻量的進(jìn)一步增加，抗折抗壓強(qiáng)度依然會有緩慢上升的趨勢；（3）在砂漿中加入適量的PVA纖維后，砂漿的28d抗收縮性能會有顯著的提升，僅為普通砂漿的56%；在實驗可測定范圍內(nèi)，加入PVA纖維沒有使砂漿的抗?jié)B性降低。展望經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者多年的初步研究，纖維砂漿在土木工程應(yīng)用方面已雛現(xiàn)諸多優(yōu)點，摻入不同種類的纖維，都能在不同程度上增強(qiáng)砂漿的韌性，提高其抗裂性能。PVA纖維因其自身的優(yōu)異性能在水泥砂漿和混凝土中廣泛應(yīng)用，并且起到了很好的改性作用，適量的PVA纖維對提高水泥砂漿的性能百利而無一害，但是大量的PVA纖維加入，對砂漿施工性能的影響也不容忽視，為了讓砂漿具備良好的流動性和施工性能，可以添加高效減水劑和聚合物，使得砂漿的和易性加以改善。雖然本文對本次的課題研究取得了初步的成功，但是由于時間緊張的關(guān)系，實驗當(dāng)中仍然有許多可以改進(jìn)的地方，例如：在砂漿拌和之前將纖維事先浸水?dāng)嚢?，纖維在砂漿中的拌和會更均勻性，使效果提更加明顯；將纖維和膠凝材料一起事先進(jìn)行球磨，可以使得纖維和膠凝材料的結(jié)合更加緊密，極大的提升了纖維在砂漿中的均勻性，同時改性了纖維的表面，大大提升了纖維的增強(qiáng)效果。由此可見，PVA纖維的發(fā)展方向并不一定要拘泥于各類高性能纖維水泥砂漿的制備，還可以對PVA纖維的預(yù)處理方式進(jìn)行研究，如此既能拓寬水泥的品種，也能節(jié)省一定量的能源資源，提高PVA纖維在水泥砂漿中的增強(qiáng)效果，或是應(yīng)用于干混砂漿，在干拌時對PVA纖維表面進(jìn)行改性，在能耗最低的情況下，提升最大的材料性能。還可以研究將PVA纖維和其他纖維以及粉煤