摘要:提出了利用聚丙烯纖維拔出試驗(yàn),分別測定水灰質(zhì)量比、纖維埋入長度、纖維埋入角度和水泥砂漿齡期不同的情況下纖維拔出力-拔出位移曲線,利用掃描電鏡對纖維砂漿試件斷面形貌進(jìn)行了分析,研究了纖維與水泥砂漿的粘結(jié)性能.研究結(jié)果表明:聚丙烯纖維-水泥砂漿具有較好的粘結(jié)性,聚丙烯纖維粘結(jié)破壞形式為拔出破壞,因此聚丙烯纖維具有較好的耗能阻裂作用;水灰質(zhì)量比、纖維埋入長度、纖維埋入角度、水泥砂漿齡期直接影響著聚丙烯纖維-水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度,其中水灰質(zhì)量比因素影響最大;當(dāng)水灰質(zhì)量比小于0.5時(shí),聚丙烯纖維-水泥砂漿粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)功都隨著水灰質(zhì)量比的減小而增大,隨著纖維埋入長度和纖維埋入角度的增大而增大.

聚丙烯纖維水泥基復(fù)合材料已在國內(nèi)外工程中廣泛應(yīng)用,用以減少水泥基材的收縮變形,提高其抗裂性.其抗裂性能的發(fā)揮與纖維本身的性能以及與水泥基材的界面粘結(jié)強(qiáng)度密切相關(guān)[1- 3].界面粘結(jié)強(qiáng)度可由纖維拔出試驗(yàn)、纖維壓入試驗(yàn)、纖維斷裂試驗(yàn)、微珠脫粘試驗(yàn)[4- 5]等方法獲得.對于混凝土、砂漿等易于開裂脆性基材,出現(xiàn)裂縫時(shí),纖維橋聯(lián)裂縫兩側(cè),這與纖維拔出試驗(yàn)情況相近,因此可采用纖維拔出試驗(yàn)研究界面粘結(jié)強(qiáng)度[6].目前,鋼纖維水泥基材粘結(jié)性能研究較多[7- 8],而聚丙烯纖維與水泥基材粘結(jié)性能研究較少.本研究提出利用聚丙烯纖維拔出試驗(yàn),研究水灰質(zhì)量比、纖維埋入長度、纖維埋入角度、水泥砂漿齡期等4種因素對聚丙烯纖維-水泥砂漿粘結(jié)性能的影響,為聚丙烯纖維水泥基復(fù)合材料性能研究及有限元分析提供技術(shù)參數(shù).同時(shí)利用SEM掃描電鏡對測試試件及未測試試件的斷面形貌進(jìn)行微觀觀察[9- 10],驗(yàn)證聚丙烯纖維與水泥砂漿的粘結(jié)性能.

1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1　試驗(yàn)方法

將試件設(shè)計(jì)為啞鈴狀,試件一端為纖維固定端,采用超高強(qiáng)的水泥基材澆筑,其目的是固定纖維以防止拔出過程中產(chǎn)生誤差,另一端為纖維拔出端.試件成型后在新三思材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拔出試驗(yàn),采用自動(dòng)記錄儀記錄拔出力-拔出位移全曲線.根據(jù)試驗(yàn)記錄曲線,由式(1)計(jì)算平均粘結(jié)強(qiáng)度fb[6],即fb=Fmaxnuflfb, (1)式中fb為聚丙烯纖維-水泥砂漿平均粘結(jié)強(qiáng)度,MPa;Fmax為最大拔出力,N;uf為聚丙烯纖維截面周長,mm;lfb為聚丙烯纖維埋入長度,mm;n為聚丙烯纖

維根數(shù).微觀試驗(yàn)使用Hitachi公司的S- 3400N型號及JEOL公司的JSM 5610LV型號掃描電鏡進(jìn)行.

1.2　試驗(yàn)原料

采用P.O 42.5R型普通硅酸鹽水泥;細(xì)度模數(shù)為2.4的潔凈中砂;聚丙烯纖維主要技術(shù)參數(shù):密度為0.91g/cm 3,長度為50mm,直徑為0.63mm,彈性模量為2.65GPa.同時(shí),通過摻入不同摻量的超塑化劑,使不同水灰質(zhì)量比砂漿具有與0.5水灰質(zhì)量比一致的流動(dòng)性,以保證各水灰質(zhì)量比砂漿成型的密實(shí)性.

1.3　試驗(yàn)方案

灰砂質(zhì)量比為1.0∶ 1.5,纖維根數(shù)為2根,主要考察水灰質(zhì)量比(0.5,0.4,0.3和0.2)、纖維埋入長度(10mm,15mm和20mm)、纖維埋入角度(0°,30°,45°和60°)、水泥砂漿齡期(14d和28d)等4因素對水泥砂漿粘結(jié)性能的影響,試驗(yàn)方案見表1.

2　試驗(yàn)結(jié)果

2.1　水灰質(zhì)量比對粘結(jié)性能的影響PP1— PP4試件考慮水灰質(zhì)量比影響因素的拔出力-拔出位移曲線如圖1a所示.由圖1a知,隨著水灰質(zhì)量比的減小,纖維峰值拔出力增大,達(dá)到峰值拔出力的拔出位移也增大.由圖1b可知,隨著水灰質(zhì)量比的減小,纖維與水泥砂漿的平均粘結(jié)強(qiáng)度逐漸增大.根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算纖維-水泥砂漿平均粘結(jié)強(qiáng)度和纖維全部拔出的粘結(jié)功,計(jì)算結(jié)果見表2.由表2可知:粘結(jié)功均隨著水灰質(zhì)量比的減小而逐漸增大;同一配合比,隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加,聚丙烯纖維與水泥砂漿的平均粘結(jié)強(qiáng)度提高.因此,纖維與水泥砂漿的平均粘結(jié)強(qiáng)度與水泥砂漿本體性能相關(guān),隨著水泥水化的進(jìn)行,平均粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高.

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