再生砂浆粉纤维增强水泥基复合材料拉伸及开裂性能研究

常琛

0 引言

纤维增强水泥基复合材料以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体，以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料所组成水泥基复合材料的总称。纤维增强水泥基复合材料具有抗裂、大延性、高韧性、抗冲击、抗渗、抗剪、耐高温、耐腐蚀、良好的化学稳定性和优越的能量吸收能力，在减小混凝土裂缝、提高混凝土耐久性、改善混凝土脆性破坏、电学性能等方面都起了重要作用。随着人们对工程质量的要求日益提高，对纤维增强水泥基复合材料的需求也不断发展变化，本文对再生砂浆粉纤维增强水泥基复合材料拉伸及开裂性能研究。

1 纤维增强水泥基复合材料

所处不同区域不同环境的建筑物，以及使用功能和性质不同的建筑物，对建筑材料的要求也各不相同。纤维增强水泥基相较于传统的水泥基来说优势更明显，所以在建筑工程中得到了全面的推广和使用。但是对于纤维的加入，只能是加入某种纤维，来提高水泥机某方面的性能。经过实验表明，不同的纤维能影响水泥基复合材料的不同的性能。比如，如果想增强水泥基复合材料的拉伸性和抗压性，可以通过加入碳纤维或者是钢纤维，如果想提高其韧性，可以通过加入乙烯醇纤维或者是乙烯类的纤维。为了能够使水泥基复合材料满足全方位的功能要求，可以通过将多种纤维同时加入到材料中，这样可以使每种纤维都能对材料产生更好的影响效果。

2 纤维水泥基材料拌合物的表征参数

对于材料流动性的检测，一般都是通过单点的检测，为了能使测试数据更加的精确，一般都要通过很多轮的实验才能得出最终的结论。一般用得比较多的测试流动性的仪器有：平板测试仪、叶片测试仪和同轴测试仪。把纤维水泥基材放入流变仪器中，通过特定的模式，就能看到相对应的受力曲线，通过对流变曲线中各个参数的分析和计算，可以得出纤维最终的抗拉性抗塑性和抗扭转力值。传统的流变模型测试材料整体流变性能，一般可以测出来变形和应力参数。为了使水泥基材料流动，性能测试数据更加准确。往往需要测试很多组数据，单一的数据不具有说服力，可以测试塑性粘度和屈服应力。塑性粘度是指材料在抵抗外力的情况下，所产生的变形能力，屈服应力就是在材料流动的过程中所产生的剪应力。另外还有一些其他的测试方法和参数指标都可以反映出纤维水泥基材料的流动性。

3 试验概况

3.1 材料及配合比

本次试验中所使用的再生性质的粉体有砖粉，混凝土粉和砂浆粉。把建筑垃圾通过机器进行粉碎，使其形成骨料，然后再使用球磨机将其粉碎成各种形状和粒径大小的骨料，这样不但可以使水泥基材料整体的使用效果更明显，可以提高材料整体的结构性能。

3.2 试验结果与分析

将上述配比的骨料制成混凝土构件，然后再将其进行分组，每组四个，分四组，分别进行LVDT 的实验，实验过程中，需要将每组构件所实验出的结果一并记录在册，并且统一描绘出应变的曲线图，如图1 所示。从图中不难看出，每组构件的应变能力以及开裂现象都趋于理想值。根据国家的相关标准，钢筋在受力情况下所产生的形变应大于7%，以此得出，通过加入纤维对应的水泥基复合材料，已经全面满足钢型材的延展性要求。

图1 FRCC 四组试件应力-应变典型代表曲线

从表1 很容易得出，当mp 材料替代水泥之后，材料整体的强度有所降低。对于不同的含量，对材料整体强度的影响也不同。当含量在13%，30%，50%时，材料的剪应力分别下降7%，18%，材料的极限受力下降10～16%。含量在13～25%时，材料的剪应力与极限应力几乎下降了相等的幅度，若将含量提高到50%，材料所受的力整体下降幅度都很大。其原因就是当再生材料代替水泥之后，材料中氧化钙的含量降低，所以降低了材料的强度，而且材料中胶凝性的物质减少之后，也会降低整体结构的密闭性。一般再生材料的颗粒度较小，所以填充效果会更好一些。所以当再生材料含量比较大的时候，材料强度下降幅度会较小。当再生材料的含量从13%上升到25%时，材料的延伸性会提高，但是初始应力值浮动不大，极限应力上升了将近40%左右，当再生材料的含量增加到50%的时候，材料的延展性上升10%。所以得出以下结论，当再生材料的含量为25%时，对材料整体强度的提高值最大，当超过25%，整体强度会随着含量的增加而降低。对于构件所承受剪应力为极限值的情况下，裂缝程度如上图所示，对于受力区构件内部的裂缝基本分布得很均匀。

表1 RMP-FRCC 不同取代率配合比相关指标的实验室测值

4 研究和应用中需要解决的问题

（1）上述实验过程最多的就是对材料的压缩和弯曲，而对于多种纤维同时掺入的情况还需要加强研究。（2）对于现在所使用的水泥基复合材料中所插入的纤维，一般都是尺寸较大的，缺少一些尺寸较小的，比如纳米或者是微米类的纤维，以此可以提高水泥基材料多种尺寸和多种强度的受力。（3）对于现阶段所得出的纤维可以增强水泥基复合材料性能实验数据相对零散，所以必须进行系统化的分析。目前实验中，一般都是研究纤维在物理受力方面的性能，还需要对纤维、对水泥基复合材料整体的耐性等方面性能的提高建立系统的实验，可以为hfrcc 提供更多的可参考的实验数据，可以作为之后研究上的一个加强环节。（4）对于纤维的掺入，对于材料性能的改变，通常都是定性的分析，而没有对纤维的掺入量做定量的研究。（5）对于纤维的定量分析一般都是分析纤维在水泥基材料中的分散性能，也是未来hfrcc 研究的一个重点。（6）对于现阶段的实验中所得出的纤维可以增强水泥基复合材料的性能，多半是集中在物理受力和抗性方面，而对纤维本身的特性和其韧性的研究数据很少，所以对于h 二cc 后续的研究需要对纤维整体的延展性和韧性都要更加深入了解。

5 结语

综上所述，本文研究了再生砂浆粉对制备纤维增强水泥基复合材料拉伸及开裂性能的影响，根据研究结果和讨论，可以得出以下结论：（1）再生粉料的颗粒微细，比表面积较高，粒度分布比较均匀。RMP 和RBP 的加入增加了二氧化硅的含量，可以增强其与基体间的二次水化反应，RCP 的利用显著增加了水泥基材料的碳酸钙含量，再生粉体的掺入可有效提高纤维增强水泥基复合材料的拉伸和弯曲强度。（2）RMP、RBP反应性的增加，在基本不降低拉伸应变的情况下，有助于提高FRCC 的单轴拉伸强度。FA 的掺入削弱了纤维与基体的化学粘结，改善界面特性，从而增大了极限应变，优化了纤维增强水泥基复合材料的应变硬化特性。（3）在建立纤维桥联应力模型时应综合考虑纤维取向、应力衰变和断裂模式等的影响，目前还没有一个有效的指标能在设计阶段就对裂缝的饱和程度控制，因此还应加强此方面的研究。