PVA纤维改性砂浆的制备与性能研究.doc

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1、摘要随着建筑行业的不断发展，砂浆的作用也越来越重要。由于普通砂浆有着抗裂性能差、强度较低等弱点，极大的限制了在工程中的应用，而利用纤维本身的特性，恰好可以弥补砂浆性能中的一些缺陷，于是聚合物纤维砂浆的研究成为制备高性能水泥基复合材料的重要目标。PVA纤维改性砂浆是一种新型的聚合物纤维水泥基复合材料，它具有良好的抗磨损、抗破碎以及抗裂性能，同时能够抑制裂缝的产生，并增强抗渗性能，它的出现对于聚合物纤维砂浆的施用具有深远的意义。本文对水泥砂浆的纤维以及PVA改性水泥砂浆的工作性能、力学性能、抗渗性能等进行综述研究；并通过实验制备PVA纤维水泥砂浆，研究PVA纤维对水泥砂浆的稠度、抗压抗折、抗渗性能

2、以及收缩率的影响；最后对PVA纤维水泥砂浆的发展方向进行展望。研究表明：（1）用于水泥砂浆中的纤维包括有机纤维、无机纤维和金属纤维三大类，其中PVA有机纤维具有强度高、韧性好以及价格低廉的优点广泛的应用于水泥砂浆的制备中；（2）适量的PVA纤维可以改善砂浆的工作性能，但是过多的PVA纤维会导致砂浆的和易性变差；（3）0.6%的PVA纤维掺量对砂浆力学性能提升最为显著，过量的纤维会降低砂浆的强度；（4）PVA纤维有效地提高了材料的抗渗性和抗冻性，同时降低了其脆性，提升其耐久度；实验表明：（1）PVA纤维砂浆的稠度会随着纤维含量的增加而不断减小，随着纤维掺量的增加，砂浆的需水量增大。（2）随着纤维

3、掺量的增加，砂浆抗折强度有先增后降然后再升的规律，其28d抗折强度峰值提高了52.40%；其抗压强度则随纤维掺量的增加而变化不大。（3）PVA纤维可以有效地提高砂浆28d的抗收缩性能，0.2%掺量时，收缩率降低了56.32%；在实验可测定范围内，加入PVA纤维没有使砂浆的抗渗性降低。关键词：聚合物纤维砂浆；PVA纤维；水泥基复合材料；砂浆性能- 26 -第1章 绪论1.1 纤维砂浆的概述水泥和水泥基材料是当今社会当中不可或缺的人造材料，他的出现为我们人类生活做出了极大的贡献，但是生产水泥的过程中所产生的巨大的能耗，同时对环境也造成了一定的污染，依照可持续发展的原则，水泥基材料的发展必须达到高性

4、能、低消耗、长寿命和多功能，于是聚合物纤维砂浆便应运而生。因为沙浆的抗拉强度低、极限伸长率小、脆性大，混合材料没有充足的时候构成抗拉强度，来抵当风吹、阳光等条件下快速蒸发所发生的毛细缩短应力，容易发生塑性缩短开裂。随着裂缝的进一步扩大，结构的抗渗性会大幅度降低，从而使得材料的使用寿命缩短1。因此，提高砂浆的性能非常重要。目前现代砂浆的应用已经开始朝着抗压抗折强度高和流动性强的方向发展。同时，在修建施工过程当中要易于施工，并且可以或许长期保持高强度、高韧性、高抗渗性等机能，即高机能沙浆。作为复合材料之一的纤维水泥基复合材料是由作为基质的水泥、骨料和水和作为加强物的各类无机或有机纤维以及金属的不持

5、续短切纤维构成的混合物材料。聚合物纤维又叫做砼伴纤维，抗裂纤维、防裂纤维，合成纤维或塑料纤维等，它是一种以石油化工为主体材料，采用特殊生产工艺加工制造而成的高强度束状单丝纤维。经过添加具备高拉伸强度、大极限伸长率和杰出耐碱性的纤维作为加强质料进入混凝土或沙浆当中，能有效的节制砂浆由塑性缩短、干缩、温度转变等身分引发的微裂痕，避免裂痕的出现和成长，大大提高混凝土的抗裂性、抗渗性、抗冲击性和抗震机能2。可广泛应用于工业和民用建筑工程的地下工程防水、屋面、墙体、楼板、水池、地下室等，以及路桥工程。1.2 纤维改性砂浆的现状1.2.1 纤维的类型用于水泥砂浆的纤维材料可以分为三大类：（1）有机纤维 有

6、机纤维是由有机聚合物制成的纤维或利用天然聚合物经化学处理而制成的纤维，主要有聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维（PVA）、尼龙纤维、全芳族聚酯纤维等合成纤维和自然植物纤维3。区别于无机纤维与金属纤维，有机纤维有着和大部分纤维共同的特点，其强度高、韧性好，耐化学品性和抗微生物性也优于金属纤维，并且有机纤维的价格低廉，十分适合运用于较大的工程建设之中，在水泥砂浆和混凝土中的运用也相比其他两种纤维更为广泛3。 （2）无机纤维 无机纤维是由矿物质为材料制成的化学纤维，主要有天然矿物纤维（如石棉等）、氧化铝纤维、抗碱玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维等人造纤维。其中玻璃纤维和石棉被广范应用于隔热材料。碱性玻

7、璃纤维取代水泥中的石棉纤维，可以提高水泥的工作性能4。（3）金属纤维 金属纤维是一种金属含量较高，金属材料连续分布、横向尺寸在微米级的纤维形材料，例如钢纤维等。部分运用于增加水泥墙体的硬度，多数运用于金属纤维纺织品的制作5。图1-1 聚丙烯纤维 图1-2 PVA纤维 1.2.2 纤维改性砂浆的研究概况近些年来，聚合物纤维砂浆引人瞩目，它在建筑材料中的应用范围逐步扩展。在英、美等发达国家，已经在一些应用领域中进行了大量的现场试验，包括路面和桥面(机场跑道和公路)的覆盖层、采矿和隧道工程的各种应用、防火设施、边坡固定、砂浆修补、工业地板等，所有的这些都取得了一定的成功，和其他纤维相比，聚合物纤维的

8、价格十分低廉，增强的性能十分优异，具有极其广阔的发展前景。马来西亚槟城理工大学的Eethar Thanon Dawood6等人通过研究研究了混杂纤维对水泥砂浆力学性能的增强作用，试验结果表明，混杂纤维对于砂浆的抗裂性能的提高具有十分有效的作用，其中劈裂抗拉强度提高了44%，弯曲强度提高了140%。西班牙阿利坎特大学的埃佐诺萨7等人实验研究了碳纤维砂浆的抗压强度、抗折强度、孔隙率和耐腐蚀性等力学性能，试验结果表明，少量碳纤维对砂浆的抗折强度和抗裂性能具有极高的提升。戴建国8等人实验研究了不同长度和掺量的聚丙烯纤维对砂浆塑性收缩性能的影响，在试验研究中发现，降低砂浆浇注成型后的失水、抑制砂浆塑性收

9、缩过程中的裂缝产生、提高砂浆的抗裂性能的前提是聚丙烯纤维在砂浆中均匀随机分布。金宝宏9等人对涤纶纤维改善砂浆抗裂性能和耐碱性能的效果进行了实验研究，研究发现，涤纶纤维可以抑制砂浆早期塑性开裂，结合数据分析砂浆的裂缝面积降低了40%，此外，由于耐碱性的优点，使得涤纶纤维在碱性环境中十分受用。1.3 PVA纤维砂浆1.3.1 PVA纤维概述聚乙烯醇纤维（简称PVA纤维）是以高聚合度的优质聚乙烯醇（PVA）为原料，采用独特的加工技术而制成的一种合成纤维。它是由德国瓦克化学公司于20世纪30年代初期制得。PVA纤维的优点是具有很好的耐光性、耐腐蚀性、分散性和机械性能，其强度高、模量高、伸度低、耐酸碱性

10、和抗化学药品性强，对人体和环境没有任何危害。由于和水泥、塑料等的亲和性好的特点，它也被运用于制备高性能纤维水泥基复合材料10。1.3.2 PVA纤维与聚丙烯纤维在砂浆中的性能对比聚乙烯醇（PVA）的优点是比重小、耐酸碱、耐日晒、耐弯曲、不危害皮肤，可广泛用于石膏和纤维制品中，一般用于替代玻璃纤维。PVA纤维的力学性能也优于其他大多数有机纤维，它的拉伸强度甚至超过了钢、铝合金和玻璃钢等材料，模量也略低于钢材及铝合金，但是比重则只有1.38/cm3仅仅是钢材的1/6，低于铝比重的1/2，断裂伸长在5%-7%左右，比石棉轻，且耐用性是石棉的1.5-2倍，与石棉纤维砂浆性能相比，聚乙烯醇改性纤维砂浆的

11、裂缝减少率高达86%，冲击强度提高4.9倍左右。从总体上来说PVA纤维在水泥基材料中的性能是优于众多纤维的11。对于纤维改性砂浆，纤维作为砂浆中最为重要的增强体，其提高砂浆的极限拉伸值凭借的是极高的高弹性模量与优异的界面粘结强度。PVA纤维具有表面粗糙的特点，不同于聚丙烯纤维等其他众多的纤维，而正是这种特殊的不同之处能增强纤维与水泥材料间的物理锚固力（锚杆锚固部分与岩体的结合力）锚固力愈大锚杆作用愈可靠，锚固效果愈好12。PVA纤维与PP纤维等的化学成分不同，化学分子式如图1-3，PVA纤维的化学分子式中羟基能有效与水、水泥基材料结合，形成氢键，使得PVA纤维表面与水泥基材料之间接触十分紧密，

12、无法产生对混凝土抗冻性能有损害的细微空隙，同时也能有效的提高纤维与水泥基材料的界面粘结力，这是聚丙烯纤维无法具备的。同时化学分子式中的羟基也决定了PVA纤维的亲水性，而PP纤维则恰恰相反，具有憎水的特点，是憎水性纤维。亲水性纤维与憎水性纤维相比，亲水性纤维具有更强的保水性能，能够极大的提高纤维混凝土保水性，减少泌水现象的发生13。 （a）PVA纤维 （b）PP纤维图1-3 PVA纤维与PP纤维分子式如表1-1，PVA纤维的弹性模量（单向应力状态下应力除以该方向的应变）是聚丙烯纤维（PP纤维）弹性模量的10倍，这使得PVA纤维在砂浆受力断裂时，能吸收很大的能量，也就是说PVA纤维混凝土也能承受更

13、大能量的破坏荷载，从而增强了混凝土的韧性13。PVA纤维与其他纤维根本的不同在于弹性模量高、抗拉强度高等特点。纤维的高弹性模量对提高砂浆极限拉伸值之所以具有意义，是因为砂浆试件刚成型后并不具备强度，这时候砂浆试件受力可能会导致塑性开裂，而高强高模的PVA纤维由于其弹性模量高于砂浆试件，可先受力进而阻止砂浆的开裂。同理在混凝土弹性模量与强度逐渐上升的过程中（即低强度时期），PVA纤维的弹性模量仍然高于混凝土，可以防止混凝土由于受温度应力或其他大于混凝土抗拉强度的应力对混凝土产生的开裂作用，从而有效的防止了早期的裂缝13。表1-1 PVA纤维与PP纤维指标对比指标PP纤维PVA纤维抗拉强度（MPa

14、）27060015001700弹性模量（GPa）373240单丝直径（m）301525伸度 (%)253068密度（g/cm3）0.911.29130耐碱性好好耐光性不好吸湿性(%)051.3.3 PVA纤维砂浆的研究进展对于PVA纤维，国内外已经进行了大量的理论与试验研究并已开始付诸于实际应用，但PVA的材料设计仍然继续沿用普通砂浆配合比设计或者钢纤维的理论设计的思路，PVA尚缺乏完善的结构设计理论，所以仍然有大量的研究工作急需开展，发展高性能砂浆是现代社会的必然趋势，高性能砂浆应该具有高强度、高使用性及显著的耐久性，因此PVA纤维改性砂浆的发展是充满了机遇和挑战的。（1）工作性能研究PVA

15、纤维砂浆的工作性能主要体现在PVA纤维砂浆的流动度、保水性、砂浆强度以及粘结性上。由于PVA纤维的亲水性，使得纤维吸水性较好，并且PVA纤维化学分子式中的羟基能有效的与水、水泥基材料结合，使得PVA纤维表面与水泥基材料之间接触更加紧密，有效的提高了纤维与水泥基材料之间的界面粘结力，均匀分散的PVA纤维相互折叠成网状支撑体系，网状支撑体系随机分布，起到支撑骨料的作用，从而有效减少骨料的离析，减少泌水，提高粘结性和保水性。但是过量的PVA纤维会使砂浆流动度减小，但也会对砂浆的施工性能带来不利的影响14。赖学全6经试验研究发现，随着纤维掺量的不断增加，砂浆的稠度将会逐渐的下降，从而导致了砂浆的和易性

16、变差。为了使砂浆具有良好的流动性、保水性和和易性，通过添加高效减水剂将水泥颗粒分散在液相中，从而释放絮凝结构中水泥颗粒包围的水，改善砂浆的和易性和流动性，使砂浆更容易压实，在一定程度上有利于纤维的均匀分散。（2）力学性能研究PVA纤维砂浆的力学性能主要体现在PVA纤维的抗压和抗折强度。在水泥砂浆中掺入适量聚乙烯醇纤维后，聚乙烯醇纤维与水泥水化产物交织在一起。随着水泥水化反应的进行，聚乙烯醇在基体中不断沉淀，形成连续分布的絮状聚合物膜如图1-4，该膜整体呈三维网络结构，不仅可以改善水泥基内部孔隙，还可以桥接水泥板之间，吸收外部荷载能量，延缓或抑制裂缝的发展，从而增强砂浆的物理力学性能；然而，当聚

17、乙烯醇含量过高时，大量片状聚合物膜将形成并涂覆在水泥颗粒表面，这将对水泥的水化产生不利影响，从而降低其宏观性能15。图1-4 PVA改性砂浆内部微观形貌孙诗兵16等人在水泥中掺入PVA纤维，纤维经球磨40 min后分散拌匀，与细骨料(石英砂)搅拌制成砂浆，并根据水泥胶砂试验标准进行了相关的性能测试。试验结果表明，球磨后的聚乙烯醇纤维表面粗糙，有利于提高砂浆的粘结强度。范杰17等人研究了聚乙烯醇改性水泥砂浆的力学性能和微观结构，经过实验发现，水泥砂浆的抗压、抗折强度均随PVA掺量的增加呈低升高降的特征。PVA纤维的掺入量为0.6%时对砂浆具有最优的抗压强度，1.0%PVA纤维掺入时，水泥砂浆抗折

18、强度的提升最为明显。此外，通过测试不同龄期的砂浆力学性能的强弱，得出掺入过量PVA纤维会导致水泥水化速度变慢，从而降低砂浆的力学性能的结论。内布拉斯加大学18通过对试样的抗压强度、韧性和断裂能的测试研究了聚乙烯醇纤维。在实验中建立了断裂模量和弹性模量的计算公式。通过研究发现，聚乙烯醇纤维虽然对砂浆抗压强度的影响不大，但是却极大的提高了砂浆的韧性。（3）其他性能研究PVA纤维除了对砂浆的工作性能和力学性能有所影响外还对砂浆的抗收缩性、抗裂性能和抗渗性有所影响。砂浆在成型后，由于水分蒸发使得水泥砂浆内部形成了对管壁间材料的拉应力，由于材料处于塑性阶段，这时自身的塑性抗拉强度较低，使得材料表面层将会

19、出现开裂现象。当加入适量的PVA纤维时，虽然不能有效提高硬质水泥砂浆的抗拉强度来防止裂缝的产生，但在稳定的裂缝扩展阶段，少量的纤维可以起到降低应力集中和防止裂缝尖端裂缝扩展的作用，从而减少裂缝扩展进程，减小裂缝宽度，从而经济有效地显示出改善水泥基材料硬化、干燥、脱水、收缩和抗裂的效果19。另一方面，在水泥基材料的硬化过程中，掺入纤维起到了精细增强的作用，有效地消耗了能量，控制了水泥基体中裂纹的产生和发展，大大提高了水泥基材料的抗裂性，提高了材料的抗冲击性能，有效地提高了材料的抗弯强度，降低了其脆性，同时提高了材料的抗渗性和抗冻性，大大提高了材料的耐久性20。孙诗兵16等人在砂浆中掺入了PVA纤

20、维，试验结果表明：聚乙烯醇纤维在矿物掺合料砂浆中能明显提高砂浆的抗裂性能，为纤维增强砂浆的抗裂作用提供了理论依据。杨付权21等人也通过实验发现，加入少量的PVA纤维可以显著的提高砂浆的抗裂性和抗渗性。1.4 本课题的研究目的及意义早在90年前聚合物改性砂浆和混凝土的概念就已被提出了，但直到20世纪70年代后此类材料才得到较快发展，正值欧美发达国家在20世纪四五十年代修建的混凝土结构进入修补加固的时期。从某种程度上说，聚合物在水泥基材料中的应用是伴随着混凝土结构的修补加固而发展起来的。建筑物构件和墙体出现的裂缝降低了建筑物的外观质量和耐久性，如何提高水泥基材料的抗裂性能成为工程技术人员关注的重点

21、之一。建筑砂浆作为建筑行业不可缺少的材料，随着建筑行业的不断发展，砂浆的作用也越来越重要。而砂浆抗裂性能差、强度较低一直是砂浆使用过程中的弱点，影响了它在一些工程中的应用，经过国内外学者多年的初步研究，纤维砂浆在土木工程应用方面已雏现诸多优点，掺人不同种类的纤维，都能在不同程度上增强砂浆的韧性，提高其抗裂性能而纤维以其特有的性能，恰好弥补了砂浆这一弊端，再加上实际工程对高性能砂浆的需求日益突出，所以对高性能纤维砂浆的研究是非常迫切的。PVA纤维改性砂浆在路面修补及桥梁维修与加固等领域具有巨大的潜力，如果能合理应用则对于提高混凝土结构的耐久性和安全性具有深远意义，为使PVA纤维在水泥基材料中更好

22、地发挥作用, 将PVA纤维加入到砂浆中制备纤维改性砂浆并研究其性能的改善情况，有一定的必要性。第2章 实验部分2.1 实验原料及仪器实验原料见表2-1。表2-1 PVA纤维改性砂浆制备试验原料实验原料规格厂家水泥42.5R南京江南水泥有限公司PVA纤维常州天怡工程纤维有限公司聚羧酸减水剂实验室自来水常州市自来水河砂中砂实验室实验仪器见表2-2。表2-2 PVA纤维改性砂浆性能试验仪器实验仪器规格厂家稠度测定仪SC-145无锡建仪有限公司抗压抗折试验机SN-200无锡东仪制造科技有限公司抗渗仪金坛市白塔新宝仪器厂收缩率仪江苏姜堰市康达实验器材厂天平BT-6000上海友声衡器有限公司称量纸江苏姜堰

23、市康达实验器材厂40mm*40mm*160mm胶砂试模实验室2.2 实验步骤2.2.1 PVA纤维改性砂浆制备本次实验制备PVA纤维改性砂浆选用42.5R水泥，水灰比为1：0.43，中砂，砂子含水率为2.8%，聚羧酸减水剂含量为胶凝材料的0.2%，纤维掺量为胶凝材料的百分数进行变化，设计以下7组实验，实验表格见表2-3。表2-3 PVA纤维改性砂浆制备试验表水泥（g）砂子（g）水（g）减水剂（g）PVA纤维（%）1110030004801.5-2110030004801.50.23110030004801.50.44110030004801.50.65110030004801.50.86110

24、030004801.51.07110030004801.52.0本次砂浆制备考虑到纤维在搅拌中可能出现打结和团聚现象，故采用人工搅拌。在准备制作PVA纤维改性砂浆时，我们首先是要将相应的实验用具以及砂浆制备的材料准备好，然后开始制备。首先，准备一个容器用来装盛砂浆，将称取好的水泥和砂子倒入容器中并搅拌均匀，搅拌过程中用手指将成团的PVA纤维分散并加入到砂子和水泥中，将称量好的减水剂倒入水中，经过充分搅匀后倒入水泥和砂子之中再次进行搅拌，直至搅拌均匀即可得到试样。2.2.2 PVA纤维改性砂浆稠度测试（1）先用少量的润滑油擦拭滑杆，并擦去多余的润滑油，使滑杆上的润滑油分布且滑杆能够自由的上下滑动

25、；（2）用湿抹布擦拭盛浆容器和试锥的表面，使得盛浆容器和试锥的表面充分的湿润，再将制备的砂浆拌合物一次装入容器之中，使砂浆表面略低于容器口表面约1cm左右。接着用捣棒自容器的中心向边缘均匀地插捣 25 次，然后轻轻地摇动容器或敲击 容器56 下，使砂浆表面平整，然后将容器置于稠度测定仪的底座上；（3）拧松螺丝，向下移动滑杆，使试锥尖端与砂浆表面刚接触时，拧紧螺丝，按归零键，再拧松螺丝，同时计算时间，等待10s以后重新拧紧螺丝，观察表盘上的读数，读数的值即为砂浆的稠度值；（4）将盛浆容器内的砂浆再次倒入锅中，搅拌均匀以后再使用上述方法测试一次稠度值，取两次稠度值得平均数值为最终的读数。图2-1砂

26、浆稠度测定仪（1齿条测杆；2摆针；3刻度盘；4滑杆；5制动螺丝；6试锥；7盛装容器；8底座；9支架）2.2.3 PVA纤维改性砂浆抗压抗折强度性能测试（1）试样成模将砂浆制备完成以后，取出试模并将试模拆卸，用干抹布擦拭试模的表面使得表面光滑，再将试模组装起来，并拧紧试模保证试模不会松开，将试模刷上油以后将砂浆倒入试模之中，用抹刀在试模中的砂浆中轻轻插捣并用手轻轻颠颠试模，使得试模中砂浆里的气泡排出，直至砂浆表面平整，用抹刀刮去表面多余的砂浆，接着用抹布将试模表面擦拭干净，送入养护室中养护，待1天以后轻轻拆开试模给试块做上标记，继续放入养护室中养护，28d后取出进行抗折抗压试验。（2）抗折强度实

27、验A.把试块从养护室中取出后应及时进行试验。取出28d龄期的三条试件擦去试体表面上的水分和沙粒，并清除仪器接触试体表面上的杂物，将气孔较多或气孔较大的一面向上作为加荷面，稳定放入仪器中并保证受力点在试件的中心。B.电动抗折试验机以5010N/s的速率在与加荷面垂直的方向均匀地对砂浆试件施加荷载。试体折断后，取出两个试块并用湿抹布盖好，清理夹具圆柱表面上的杂物，继续试验。C.抗折强度值取三条试体试验强度结果的平均值，精确至0.1MPa。（3）抗压强度实验A.将抗折试验后的两块断块继续使用测试抗压强度。B.试验前先清除试件表面的砂粒和杂物，接着将试件放入仪器对应的位置，并紧靠仪器的一边，确保试体受

28、压面积为40*40mm。加荷过程中以2400N200N/s的速率均匀地加荷直到试体破坏，然后记录数据。C.每龄期以一组三个棱柱体上得到的六个断块抗压强度测定值的算术平均值作为试验结果，结果精确至0.1MPa。2.2.4 PVA纤维改性砂浆抗渗性能测试（1）将拌合好的砂浆一次装入试模中，用抹刀插捣数次并振动使之密实，当填充砂浆高于试模边缘时，用抹刀以45角一次性将试模表面多余的砂浆刮去，使试模表面平整，共成型六个试件。（2）试件成型后将试模放在室温（205）的养护室中，静置24h后脱模。试件脱模后再次放入养护室中，养护至28d后，取出用湿抹布擦去表面的水汽，放入80的烘箱中鼓风干燥，待表面微干后

29、，在试件的周围均匀的涂上密封材料。（3）将涂上密封材料的试件放入仪器的试模之中，拧紧螺丝，接着操控仪器从0.2MPa 开始加压，每隔 30min增加 0.1MPa，当6个试件中有3个试件表面渗水时，试验结束并记下水压。2.2.5 PVA纤维改性砂浆收缩率性能测试（1）将收缩头的一端涂上润滑油，将另一端没涂上油的插入试模两端的孔洞中，清洁试模后将试模表面涂上润滑液油；（2）将拌合好的砂浆一次性装入试模中（试模：尺寸为 40mm40mm160mm 棱柱体，且在试模的两个端面中心，各开一个6.5mm的孔洞），用抹刀插捣数次并振动使之密实，用抹刀以45角一次性将试模表面多余的砂浆刮去，使得试模内砂浆表

30、面平整，将试模放入（205）的养护室中，24h后拆模，进行编号，并标明测试的方向；（3）将试件置于收缩率测试仪上，测定试件的初始长度；（4）测定砂浆试件初始长度后，依然置于收缩率测试仪上，到第2d、3d、7d、14d、28d分别测定试件的长度，即为自然干燥后长度。第3章 实验数据及处理3.1 PVA改性砂浆稠度实验数据PVA纤维改性砂浆稠度数据取值分别为PVA纤维掺量0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的六组数据为参考，最后取值精确至1mm，具体数据见表3-1。表3-1 PVA改性砂浆稠度数据表组号PVA掺量（%）稠度（mm）10.07620.26430.46340.66

31、350.86161.058如图3-1，在砂浆其他原材料使用量都不变的情况下，只改变PVA纤维的掺量，则砂浆的稠度会发生如下的变化：从总体来看，砂浆的稠度变化呈下降的趋势，通过对比空白组普通砂浆和0.2%PVA纤维砂浆的稠度值，加入纤维后，稠度下降了15.78%，随着PVA纤维的掺量进一步增大，砂浆的稠度也有较小的变化，这种变化倾向于稠度变小，由此可以看来在砂浆中加入聚合物PVA纤维将会影响砂浆的稠度变化，并有随着纤维量的增加稠度不断降低的规律。图3-1 PVA改性纤维砂浆稠度曲线单位：mm结合实验过程进行分析，在掺加纤维之后砂浆的保水性明显提高，泌水现象改善了很多，并随着纤维含量的进一步增加，

32、几乎不出现泌水，当纤维掺量为2.0%时，砂浆的拌和过程十分困难如图3-2，纤维砂浆的和易性降低，测试其稠度为44.85mm，由此可见PVA纤维的掺入对砂浆的工作性能具有很大影响，这个影响是良性还是劣性和纤维的掺加量有关，选择适合的纤维掺量对砂浆的施用十分重要。图3-2 2.0%PVA纤维砂浆拌和过程3.2 PVA纤维砂浆抗折抗压实验数据PVA纤维改性砂浆抗折抗压数据取值分别为PVA纤维掺量0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、2.0%的七组试样成型后28d的抗折按压数据为参考，最后取值精确至0.1MPa，具体数据见表3-2。表3-2 PVA改性砂浆抗折抗压数据表组号PVA

33、掺量（%）抗折（MPa）抗压（MPa）10.08.245.520.210.943.730.411.343.140.611.545.050.811.742.261.010.735.872.012.554.0图3-3为不同PVA纤维掺量下水泥砂浆在28d龄期的抗折强度测试结果曲线图，从中可以看出在掺加PVA纤维后，水泥砂浆的抗折强度明显升高，曲线总体也呈向上的趋势，说明PVA纤维的掺入可以提升砂浆的抗折强度，PVA掺量在0.2%-0.8%时，砂浆的抗折强度有随着纤维掺量增加而上升的规律，在PVA纤维掺量为2.0%时砂浆抗折强度达到最高12.5MPa，对比空白组的砂浆试件，抗折强度提升52.4%，随

34、着纤维掺量的进一步增加砂浆抗折强度有极小的降低，随后继续增加纤维的掺量抗折抗压强度依然会有缓慢上升的趋势。图3-3 不同PVA纤维掺入量下砂浆试件抗折强度曲线图通过观察PVA纤维砂浆和空白实验组砂浆试件的断裂面如图3-4，同时结合理论分析得出产生该现象的原因可能是由于适量PVA掺入到水泥砂浆时，PVA纤维可以均匀分散在水泥砂浆中，形成均匀分布的聚合物膜，聚合物膜桥接在水泥板之间，当砂浆试件受到外力时，聚合物膜提供一定的抗拉强度，从而提高砂浆的整体抗折强度；当PVA掺量相对过高时，由于PVA纤维的吸水性，导致砂浆工作性能较差,使得纤维难以分布均匀，大量PVA在基体内部结团, 随着水泥养护龄期的延

35、长，大块且较厚的聚合物膜在砂浆试件内部不断地析出，水泥颗粒表面不断地被这些聚合物膜所包裹，阻碍水泥水化，从而减缓了水泥抗折强度的增长速度，使得水泥砂浆28 d的抗折强度较低9。 图3-4 PVA纤维砂浆与空白组砂浆断裂面对比如图3-5所示，图中为不同PVA纤维掺量下水泥砂浆在28d龄期的抗压强度测试结果，从图中可以看出在掺加PVA纤维后，水泥砂浆的抗压强度基本上保持不变，在PVA纤维掺入量在0.0%-1.0%变化时，砂浆的抗压强度始终在42.55MPa左右浮动，对比空白组砂浆试件的抗压强度，掺加纤维后的砂浆试件也没有十分明显的变化，当纤维掺入量提高到2。0%时，砂浆试件的抗压强度有所提高，对比

36、空白组砂浆试件，抗压强度提高18.7%,由此可以看出，随着适量的PVA纤维的掺入，砂浆试件的抗压强度基本保持不变，在掺入大量PVA纤维后水泥砂浆试件的抗压强度才有细微的提升。图3-5 不同PVA纤维掺入量下砂浆试件抗压强度散点图3.3 PVA纤维改性砂浆抗渗性能数据PVA纤维改性砂浆抗渗数据取值主要为PVA纤维掺量0.0%、0.2%、2.0%的三组试样成型后28d的抗渗数据为参考，最后取值精确至0.1MPa，具体数据见表3-3。表3-3 PVA改性砂浆抗渗性能数据表组号PVA掺量（%）抗渗（MPa）10.02.520.22.532.02.5图3-6 PVA纤维砂浆与空白组砂浆在2.5MPa下均

37、无渗水如图3-6，在实验过程中由初始压力值0.2MPa逐渐增压至抗渗性能测试仪最高抗渗压力值2.5MPa，空白砂浆试件和掺加PVA纤维后的砂浆试件均无出现砂浆表面渗透出水的现象，考虑到所得结果无法进行对比，没有办法得出结论故停止实验。分析实验失败的原因是在配制砂浆时没有考虑砂浆制备时的抗渗等级，从而导致所制备的PVA纤维砂浆和空白组试件砂浆的抗渗强度较高无法得出有效的结论。3.4 PVA纤维改性砂浆收缩率数据PVA纤维改性砂浆收缩率数据取值主要为PVA纤维掺量0.0%、0.2%的两组试样成型后1d、2d、3d、7d、14d、28d的砂浆试件自然干燥收缩值数据为参考，收缩值计算公式如（3-1），

38、收缩值计算保留两位小数，具体数据见表3-4、3-5。 at=L0-LtL0 （3-1）at相应为t天（1d、2d、3d、7d、28d）时的自然干燥收缩率；Lo试件成型后 1d的长度即初始长度（mm）； Lt相应为t天（1d、2d、3d、7d、28d）时试件的实测长度（mm）。表3-4 无PVA纤维砂浆收缩率数据天数t（d）初始长度L0（mm）实测长度Lt（mm）L0-Lt（mm）收缩率at（%）24.574.540.030. 6634.574.540.030. 6674.574.490.081.75144.574.100.4710.28284.574.050.5211.38表3-5 0.2%P

39、VA纤维砂浆收缩率数据天数t（d）初始长度L0（mm）实测长度Lt（mm）L0-Lt（mm）收缩率at（%）27.947.890.050. 6337.947.890.050. 6377.947.810.131.64147.947.480.465.79287.947.430.516.42如图3-8，图中为加0.2%PVA纤维的纤维砂浆和不加纤维的普通砂浆试件在2d、3d、7d、14d、28d的收缩率变化折线图，从曲线中可以看出，随着养护天数的增加，收缩率曲线在114d变化幅度比较大；1428d，收缩率曲线变化逐渐趋势趋于平缓，说明砂浆的收缩主要集中在前14d。在14d PVA纤维砂浆和普通砂浆收

40、缩率变化最大，PVA纤维砂浆收缩率达到5.79%，普通砂浆收缩率为10.28%，可见PVA纤维在抑制砂浆早期塑性收缩上具有十分明显效果，收缩率仅为普通砂浆的56.32%左右。图3-8 2d、3d、7d、14d、28d砂浆试件的收缩率变化折线图第4章 总结与展望4.1 总结本文研究了PVA纤维和PVA纤维改性砂浆的各项性能，主要实验分析PVA纤维砂浆物理性能中砂浆稠度和PVA纤维掺量之间的关系，分析力学性能中PVA纤维掺量对砂浆抗压抗折强度的影响，以及PVA纤维砂浆的抗收缩性能和抗渗性能。通过查阅相关文献进行综述研究，得出以下结论：（1）用于水泥砂浆中的纤维包括有机纤维、无机纤维和金属纤维三大类

41、，其中PVA有机纤维具有强度高、韧性好以及价格低廉的优点广泛的应用于水泥砂浆的制备中；（2）适量的PVA纤维可以改善砂浆的工作性能，但是过多的PVA纤维会导致砂浆的和易性变差；（3）0.6%的PVA纤维掺量对砂浆力学性能提升最为显著，过量的纤维会降低砂浆的水化速度，从而降低砂浆的强度；（4）PVA纤维有效地提高了材料的抗渗性和抗冻性，同时降低了其脆性，提升其耐久度。通过控制变量的方法，维持砂浆的基本配合比不变，改变PVA纤维的掺量，并设置空白组与之对比进行试验，得出了以下的结论：（1）在砂浆中加入适量的PVA纤维后砂浆的稠度将会明显的下降，并根据掺量的多少下降不同的程度，掺量越大稠度下降越大，

42、同时可以提高砂浆的保水性，减少泌水现象；在掺入大量的PVA纤维后，砂浆的施工性能将会降低，和易性降低，拌和难度也会加大；（2）在砂浆中加入适量的PVA纤维后，砂浆的抗折抗压强度会有不同程度的提高，其中对砂浆的韧性提升最大， 28d抗折强度峰值抗折强度提升了52%；其抗压强度则随纤维掺量的增加而变化不大；当PVA纤维含量过高时，砂浆的抗折抗压强度均有下降，但是随着纤维掺量的进一步增加，抗折抗压强度依然会有缓慢上升的趋势；（3）在砂浆中加入适量的PVA纤维后，砂浆的28d抗收缩性能会有显著的提升，仅为普通砂浆的56%；在实验可测定范围内，加入PVA纤维没有使砂浆的抗渗性降低。4.2 展望经过国内外

43、学者多年的初步研究，纤维砂浆在土木工程应用方面已雏现诸多优点，掺入不同种类的纤维，都能在不同程度上增强砂浆的韧性，提高其抗裂性能。PVA纤维因其自身的优异性能在水泥砂浆和混凝土中广泛应用，并且起到了很好的改性作用，适量的PVA纤维对提高水泥砂浆的性能百利而无一害，但是大量的PVA纤维加入，对砂浆施工性能的影响也不容忽视，为了让砂浆具备良好的流动性和施工性能，可以添加高效减水剂和聚合物，使得砂浆的和易性加以改善。虽然本文对本次的课题研究取得了初步的成功，但是由于时间紧张的关系，实验当中仍然有许多可以改进的地方，例如：在砂浆拌和之前将纤维事先浸水搅拌，纤维在砂浆中的拌和会更均匀性，使效果提更加明显

44、；将纤维和胶凝材料一起事先进行球磨，可以使得纤维和胶凝材料的结合更加紧密，极大的提升了纤维在砂浆中的均匀性，同时改性了纤维的表面，大大提升了纤维的增强效果。由此可见，PVA纤维的发展方向并不一定要拘泥于各类高性能纤维水泥砂浆的制备，还可以对PVA纤维的预处理方式进行研究，如此既能拓宽水泥的品种，也能节省一定量的能源资源，提高PVA纤维在水泥砂浆中的增强效果，或是应用于干混砂浆，在干拌时对PVA纤维表面进行改性，在能耗最低的情况下，提升最大的材料性能。还可以研究将PVA纤维和其他纤维以及粉煤灰和硅灰进行混掺后制备的砂浆，将多种不同的材料进行复合，探究如何减少由PVA纤维参入量过多而对砂浆工作性能

45、带来的负面影响，以及测定PVA纤维改性砂浆的凝结时间是否发生变化等其他众多性能试验。正如普通水泥基材料经历了多年的发展，PVA纤维砂浆也迫切的需要广大科研和工程技术人员共同关注和研究，使其理论体系日益完善，方便不同强度的PVA纤维混凝土和砂浆的制备，避免出现材料与资源的过度浪费。参考文献1 王忠文，刘凤英等人. 抗渗抗裂干混砂浆的研究进展J. 中国建材科技，2012(03):65-70.2百度百科，聚合物纤维EB/OL. 3郭洪军，汪静等人. 有机纤维与聚合物对水泥混凝土疲劳损伤性能的影响J. 混凝土, 2019(04):71-75.4百度百科，无机纤维EB/OL. 5百度百科，金属纤维EB/OL. 6赖学全. 纤维砂浆抗裂性能的研究进展J. 华南地震，2014，34(S1):57-61.7丛晓红，丛晓强等人. 不同种类纤维对水泥基材料抗裂性