聚丙烯纤维增强水泥基材料性能技术应用及研究的现状

水泥基材料抗拉强度低、韧性差是其易于开裂、导致结构耐久性低劣的主要原因之一。聚丙烯纤维以其极好的化学稳定性和优良的技术经济性能,在水泥基复合材料中得到日益广泛的应用。本文阐述了聚丙烯纤维增强水泥基材料的特点和主要性能,并对国内外的研究与应用现状进行了综述。     

丙烯酸乳液改性麦秸纤维及其对水泥基材料性能的影响

采用3种丙烯酸聚合物乳液（纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液）对麦秸纤维进行了改性处理，对比分析了未改性和改性麦秸纤维的吸水率、润湿性、抗拉强度，并进行了微观分析。在此基础上，研究了改性麦秸纤维对水泥基材料力学性能的影响。结果表明：与未改性麦秸纤维相比，3种改性麦秸纤维的吸水率均降低，疏水性和抗拉强度均提高；与纯丙乳液和苯丙乳液改性麦秸纤维相比，硅丙乳液改性麦秸纤维的吸水率最低，疏水性和抗拉强度最高；与未改性麦秸纤维增强水泥基材料相比，3种改性麦秸纤维增强水泥基材料的抗压、抗折强度提高，韧性增强，其中，硅丙乳液改性麦秸纤维对水泥基材料的增强、增韧作用相对最好。     

利用小麦秸杆制备生态型复合板材的研究

采用饱和石灰水溶液对麦秸纤维表面进行处理,研究了经过处理的麦秸纤维增强水泥基复合板材的力学性能。结果表明:通过对麦秸纤维进行碱液处理,有效地改善了麦秸纤维的增强效果,使得麦秸纤维水泥基材料的折压比明显提高,其韧性显著增强,从而获得较好的力学性能。     

纤维桥接裂缝过程与分布对水泥基材料弯曲性能影响

对3类不同粉煤灰掺量下形成的聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基材料,通过三点弯曲试验测试,研究了PVA纤维水泥基材料的弯曲性能;通过对PVA纤维水泥基材料断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的扫描电镜影像分析,研究了PVA纤维-(水泥)基体界面微观结构,揭示了PVA纤维桥接裂缝过程;通过PVA纤维水泥基材料样本抛光表面的荧光影像,量化测定了PVA纤维在基体中的分布.结果表明:掺入粉煤灰后PVA纤维对水泥基材料增强增韧作用增加,高掺量下效果更显著;掺入粉煤灰后裂缝处PVA纤维的桥接应力和纤维-基体界面黏结力降低,随着裂缝的扩展,PVA纤维由短距离滑动转变为长距离滑动,纤维桥接裂缝的效率提高,增强增韧的作用增加;掺入粉煤灰后基体结构更加均匀,PVA纤维分布系数增大,PVA纤维对水泥基材料的增强增韧作用提高.     

混杂纤维延性水泥基材料单轴受压力学特性

针对纤维增强延性水泥基材料(ECC)在高强度等级下的抗压韧性退化问题,在传统ECC体系中附加微细钢纤维,制备混杂聚乙烯醇(PVA)-钢纤维增强延性水泥基材料.通过圆柱体抗压试验研究混杂纤维延性水泥基材料的单轴受压力学特性.结果表明:随着钢纤维掺量的增加,材料受压应力-应变曲线的上升段斜率呈增大趋势,而曲线下降段逐渐平缓,残余应力水平显著提升;混杂纤维延性水泥基材料的单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变随钢纤维掺量增加小幅提升,而材料抗压韧性指标的提升效果较为显著;PVA纤维与钢纤维混杂在改善ECC抗压韧性方面具有独特优势,实现了高强ECC的抗压韧性.     

PP纤维水稳碎石抗弯韧性及疲劳性能试验研究

通过四点弯曲试验和疲劳试验,对聚丙烯(PP)纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石半刚性基层材料的弯曲韧性及疲劳性能进行了研究。试验得到两种材料的荷载-挠度曲线,按照JCI和ASTMC1018-97标准方法,计算得到两种材料的韧性指数;试验还得到材料在不同应力水平下的疲劳寿命,并回归出疲劳方程。研究结果表明,与普通水泥稳定碎石相比,体积掺量仅为0.077%的PP纤维水泥稳定碎石的抗折强度提高约10%,极限变形提高150%,JCI韧性指数提高67.7%,ASTM C1018-97韧性指数提高36.1%~79.8%,疲劳寿命提高126%~352%,增强效果十分显著。同时,基于断裂力学原理,揭示了纤维的阻裂增韧和抗疲劳机理。     

PVA纤维在水泥基材料中作用的研究

对PVA纤维水泥砂浆抗裂性以及PVA纤维混凝土抗冲击韧性的研究结果表明,PVA纤维的加入可以明显改善水泥基材料的抗裂性能和抗冲击韧性。     

挤压纤维增强水泥板及复合梁抗弯与耐久性能

研究了水灰比、纤维种类、掺量和水泥基材对挤压成型纤维水泥板及其复合梁的力学性能与耐久性能的影响。结果表明掺加纤维后板材韧性有显著改善;PVA纤维增强板材当纤维掺量达1.7%时表现应变硬化,出现多点开裂;PP纤维则呈现应变软化。两种纤维增强水泥基材料性能的差异是由于纤维自身性能的不同。以纤维增强板为底板,制作的纤维板/混凝土复合梁的极限荷载和相应挠度,与普通混凝土梁相比都得以改善;同时与普通混凝土梁相比,复合梁的抗氯离子渗透性能更好。     

挤出成型木纤维增强水泥基材料力学性能及水化特性

研究了不同配比挤出成型木纤维增强水泥基材料的力学性能和水化特性.结果表明,掺加木纤维后板材韧性有显著改善;调整砂灰比对板材的早期力学性能影响不大;板材韧性随着干湿循环次数的增加而降低;纤维有沿挤出方向定向分布的趋势,平行比垂直方向的板材强度稍高;SEM的观察结果表明,木纤维大部分拔断破坏,但存在一定程度的拔出;随着木纤维掺量增加,水化放热曲线峰值降低,温峰滞后时间更长.     

纤维增强水泥基复合材料研究进展

综述了国内外不同种纤维如钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维以及天然植物纤维对水泥基复合材料强度、韧性、抗裂等力学性能的增强效果;分析了纤维增强水泥基复合材料的增强机理及作用.对常用的增强纤维的性能作了对比,通过对剑麻纤维增强水泥基复合材料的研究,认为将剑麻纤维应用于水泥基复合材料前景广泛,意义重大.     

PVA对PVA纤维和水泥材料力学性能影响

研究了水溶性聚合物PVA对PVA纤维增强水泥材料力学性能的影响，发现少量PVA加入到水泥基体中能改善其力学性能，提高PVA纤维增强水泥材料的增强效果。     

改性聚丙烯纤维增强水泥基材料的搅拌工艺及弯曲性能研究

对两类搅拌工艺(纤维先掺和后掺法)制备的改性聚丙烯纤维增强水泥基材料进行测试，研究新拌砂浆在不同搅拌时间和搅拌速率下的纤维分散性和工作性能，并对其浇筑物进行不同龄期的抗压抗折试验。基于上述试验结果确立可靠的搅拌工艺，并浇筑平板试件。通过四点弯曲试验研究改性聚丙烯纤维长度和掺量对弯曲性能的影响。研究结果表明：纤维后掺和慢速搅拌为可靠的搅拌工艺。纤维长度为12 mm时弯曲强度最大，纤维长度为20 mm时延展性、韧性和残余强度最好。在纤维长度相同时弯曲性能会随着纤维掺量的增加而增大。该研究可以为改性聚丙烯纤维制备纤维增强水泥基材料提供一定的试验依据。     

接枝反应对纤维增强水泥材料力学性能的影响——维尼纶纤维接枝丙烯酸

通过拉枝反应,向维尼纶纤维表面引入了极性的羟基基因,测定了接枝纤维的力学性能,研究了接枝反应对维尼纶纤维增强水泥材料力学性能的影响,发现维尼纶纤维表面的接枝反应,有利于维尼纶纤维对水泥材料的增强增韧。     

高延性纤维增强水泥基复合材料抗震性能分析

根据高延性纤维增强水泥基复合材料优异的力学性能、多缝开裂特征、高延性、高能量吸收能力的特点,从理论上系统分析了高延性纤维增强水泥基复合材料的增强机理及工作过程。结果显示,纤维的加入能极大地提高水泥基体的韧性,阻止破坏裂缝的产生,从而提高结构的强度和延性,达到抗震减灾的作用。     

玄武岩纤维对水泥基材料力学性能的影响

研究了玄武岩纤维对水泥基材料力学性能,以及掺有矿物掺合料的水泥基材料力学性能的影响。结果表明,玄武岩纤维对早期水泥基材料具有增强作用,随着龄期延长,增强作用减弱,后期强度反而低于未掺纤维的水泥基材料;使用粉煤灰和硅灰等活性掺合料对掺有玄武岩纤维水泥基材料长期强度发展的改善是有效的,能够有效延缓玄武岩纤维在水泥基体中的腐蚀,其中以30%粉煤灰,10%硅灰取代普通硅酸盐水泥的改善效果最佳。     

镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基材料的电学性能与压敏性能

通过复掺镍纳米纤维、碳纳米管制备了镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基复合材料,研究了其导电性及压敏性,并与单掺碳纳米管增强水泥基材料进行了对比.水泥基材料导电性用四电极伏安法进行测试,微观形貌用扫描电子显微镜(SEM)进行观察,并探讨了镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基材料的性能提升机理,结果表明:镍纳米纤维、碳纳米管在水泥基材料中分散良好;镍纳米纤维加入碳纳米管水泥基材料中,可降低电阻率,最高可降低50％;混掺镍纳米纤维/碳纳米管水泥基材料比碳纳米管水泥基材料具有更稳定的敏感性,灵敏度最高可达1880,更适用于混凝土结构应力监测的传感元件.     

沸煮处理对椰壳纤维增强水泥基复合材料性能的影响研究

将天然椰壳纤维和经过沸煮处理后的椰壳纤维分别加入水泥砂浆基体中,制备两种不同的椰壳纤维增强水泥基复合材料,测量新拌合浆体的流动性、测量28d养护后两种材料的密度、吸湿性、吸水性。结果表明:沸煮处理椰壳纤维对新拌合浆体的流动性无明显影响,但经过沸煮处理后椰壳纤维增强水泥基复合材料密度提高,吸水性和吸湿性降低。椰壳纤维水泥基复合材料具有较好的环保效应,在轻质墙体填充材料方向上值得继续深入研究。     

椰壳纤维增强水泥基复合材料综合性能研究

以水泥和砂为基体相,以椰壳纤维为增强相,制备椰壳纤维增强轻质水泥基复合材料。研究配合比和沸煮处理综合影响下椰壳纤维增强水泥基复合材料的密度以及抗弯强度和抗压强度性能。研究结果表明,椰壳纤维作为轻质增强相在建筑结构轻质墙体填充材料方面具有一定的研究价值和较好的应用前景。     

纤维在水泥混凝土中的应用

混凝土是一种典型的脆性材料,其抗拉、抗弯、抗冲击、韧性均较差,且其脆性随其抗压强度的提高而增大,纤维增强混凝土正是基于改善和提高混凝土脆性而发展起来的。纤维用于增强水泥混凝土不仅能使材料显示出较高的抗张强度,而且能减少收缩,提高热变形温度和冲击强度等。     

表面活性剂对聚丙烯纤维增强水沁材料性能的影响

研究了具有两亲性的表面活性剂对聚丙烯纤维增强水泥材料性能的影响，发现向水泥基体中加入少量的表面活性剂和适宜的其它添加剂，有增大聚丙烯纤维和水泥基体间的相互作用，提高聚丙烯纤维的增强增韧效果。