聚丙烯纤维砂浆在工程中的应用

聚丙烯纤维砂浆在工程中的应用

宗进营袁培星杨良

宗进营袁培星杨良（平煤建工集团有限公司土建处，河南平顶山467000）

摘要：介绍了该企业在平顶山市行政服务综合楼工程中推广应用聚丙烯纤维砂浆技术情况以及产生的经济效益与社会效益。

关键词：聚丙烯纤维砂浆；性能；影响；经济效益

1工程概况

平顶山市行政服务综合楼位于新城区市政大厦东侧。它分为地上、地下两部分：地下为一层，地上为七层框架结构，建筑高度为29.45m，地上审批大厅、会议室及办公用房建筑面积37329.5m2，地下主要为停车场建筑面积7140.5m2。

该工程的加气块填充墙原设计为1：3：9水泥石灰砂浆，存在着很多缺陷，经设计方同意变更为聚丙烯纤维砂浆，工程采用聚丙烯纤维砂浆的面积55397.4m2。

2水泥砂浆与聚丙烯纤维

水泥砂浆是应用最广的建筑材料之一，抗拉强度低、抗冲和抗开裂性能差等固有缺陷。在砂浆中加入纤维可以显著改善其韧性，大大减少干缩开裂，是改善砂浆性能的有效措施。

聚丙烯纤维可控制水泥基体内部微裂缝的生成及发展。在聚丙烯纤维砂浆中水泥作胶凝材料，握裹了大量微细的聚丙烯纤维联结为乱向分布的网状撑托系统。砂浆凝结后产生的内部或外部应力作用下，要扩展将受到基体内部构成的乱向分布的聚丙烯纤维致密网状系统的阻挡，难以扩展成为大的裂纹，从而有效达到了抗渗防水。因此聚丙烯纤维有抗裂、抗渗、抗冲击、抗冻、抗磨、提高韧性的功能。

3聚丙烯纤维砂浆的几种性能

按水泥砂浆强度检测方法,分别测试各砂浆试块在龄期为3d、7d、10d和28d时的抗压强度和抗折强度，并计算相应的折压比。

3.1纤维掺量对砂浆性能的影响

试验采用聚丙烯纤维，纤维的体积掺量分别为0、0.05%、0.10%、0.15%、0.2%、0.25%、0.30%、0.35%，相应的纤维砂浆试块依次标为M11~M18,该8组试块在不同龄期的抗压强度。

纤维的掺加使得砂浆在各龄期的抗压强度都有所降低，纤维掺量越大，强度降低越明显。因为聚丙烯纤维是低模量纤维，难以在基体中承担应力，并且纤维的加入会导致砂浆内空隙率的增大，使砂浆强降低，纤维砂浆在各龄期的折压比都远远大于素砂浆，说明纤维的加入显著改善了砂浆的韧性;另外，随着纤维砂浆的增加纤维砂浆的折压比也随之增加，当纤维掺量为0.2%时，纤维砂浆的折压比达到最大，在28d的龄期时比素砂浆高约42%；当纤维掺量继续增大时，纤维砂浆的折压比又呈降低趋势，这是纤维掺量太大容易结成团，难以均匀分布所致。

3.2纤维长度对砂浆性能的影响

采用长度分别为8mm、15mm、19mm的聚丙烯纤维，即MA1、M1、MA2三组砂浆的抗压强度。

三组纤维砂浆的抗压强度均随龄期的增大而迅速增大。对比这三组纤维砂浆可见，掺加15mm纤维的砂浆M1在各龄期的强度都是最高的；而掺加19mm纤维的砂浆MA2在各龄期的强度均是最低的。

三组纤维砂浆在不同龄期的折压比。从图中可以看出。随着龄期的增大，纤维砂浆的折压比先是显著减小，后趋于稳定，三组砂浆的变化趋势相同。此外，掺加15mm纤维的砂浆M1在各龄期的折压比都是最高的，而掺加的19mm纤维的砂浆MA2在各龄期的折压比均是最低的。这是因为，在掺量相同的情况下，纤维长度越长，纤维与水泥基体间的粘结强度越大，纤维对砂浆的改性效果越好，因此15mm的纤维要优于8mm的纤维；但纤维长度太大时，在搅拌过程中易缠结成团，纤维在砂浆中的分散性降低，部分纤维没有发挥应有的作用，也即降低了纤维的利用率和改性效果。所以19mm的纤维砂浆抗压强度较低。综合考虑砂浆强度和韧性两方面的因素，当长度为15mm时，聚丙烯纤维砂浆的性能最优。

3.3纤维对砂浆抗干缩开裂性能的影响

采用聚丙烯纤维砂浆及素砂浆进行圆环开裂试验，两组砂浆的裂缝时间的变化曲线。从图3可以看出，加入聚丙烯纤维后砂浆出现裂缝的时间较晚，裂缝的宽度也较小；测试到第14天时，聚丙烯纤维砂浆的裂缝宽度基本不再增加，而素砂浆的裂缝宽度依然呈上升趋势，前者比后者减小了约80％。这是因为纤维掺入砂浆后其乱向分布形式大大有助于削弱砂浆干缩收缩时的应力，收缩的能量被分散到每平方米上千万条具有高抗拉强度而弹性模量相对较低的纤维单丝上，从而极为有效地增强砂浆韧性，抑制微细裂缝的产生和发展。同时，纤维形成的乱向撑托体系可以有效阻碍骨料的离析，保证砂浆早期均匀的泌水性，从而阻碍了沉降裂纹的形成。所以，纤维的掺入有助于提高砂浆的抗裂性能。经过对纤维砂浆的塑性收缩开裂情况研究，得出掺入一定量的聚丙烯纤维可使砂浆的开裂减少约74％。

3.4聚丙烯纤维对砂浆强度的影响

聚丙烯纤维是一种低弹模纤维，对砂浆的抗压强度无贡献，这可从基准砂浆与纤维砂浆试样的抗压强度对比结果看出，但对砂浆的抗折强度略有提高，砂浆的脆性降低，韧性提高。在拌和过程中发现纤维的加入对砂浆的和易性和施工性均无影响，并且很大程度上减少砂浆的离析和泌水。

3.5纤维的掺入对砂浆抗渗性能的影响

聚丙烯纤维加入砂浆中，可提高砂浆的密实性，阻止外界水分侵入，提高耐水性和抗渗性，当纤维掺量为0.1％时，砂浆的抗渗性能可提高71.4%。

3.6聚丙烯纤维对砂浆中水分蒸发的影响

砂浆强制干燥时水份蒸发曲线，聚丙烯纤维可以改变砂浆中水份蒸发过程，早期水份蒸发速度减缓。通过砂浆水份蒸发试验，从另一角度说明聚丙烯纤维对砂浆开裂的缓解作用。

3.7效果

纤维的掺入使砂浆的强度降低，但其折压比有所增大。纤维的掺量不同，折压比增加的幅度也有所不同。当纤维掺量为0.2％时，砂浆折压比最大，在28d龄期时比素砂浆提高约42%。

纤维的长度对砂浆的性能也有影响，长度为15mm的聚丙烯纤维的改性效果较好。

在砂浆中掺入纤维可以显著改善其抗干缩开裂性能，与素砂浆相比，掺量为0.2％的纤维砂浆干缩开裂减少约80％。

在砂浆中掺入聚丙烯纤维，对砂浆的强度没有提高，反而降低，但对砂浆的韧性有很大的提高，能很大程度上减少砂浆的离析和泌水。

在砂浆中掺入聚丙烯纤维，提高了砂浆的密实度，从而提高了砂浆的耐水性和抗渗性。

水份蒸发的速度对砂浆抹面的开裂有很大的影响，加入聚丙烯纤维降低了砂浆中水份蒸发的速度，对砂浆的开裂起到了缓解作用。

4聚丙烯纤维砂浆的施工工艺

墙面抹聚丙烯纤维砂浆的施工工艺流程是：

基层清理→制备聚丙烯纤维砂浆→吊垂线、套方、找规矩、做灰饼→洒水湿润→甩浆及基层处理→局部粉刷→分层抹灰→成品保护→养护。

5质量控制措施如下

（1）砂浆中纤维的长度宜控制在6~19mm，掺量在一般为0.6~1.0kg/m3，根据砂子粒径调整纤维掺量，若使用粗砂和中粗砂，可适当减小掺量；若使用细砂或特细砂，则应适当调增掺量。过低和过高掺量不能充分发挥其作用。

（2）为保证纤维在砂浆中分散均匀，砂浆配置的搅拌时间应适当延长。

（3）尽量选用细而柔软的聚丙烯高强纤维，柔韧的纤维在抹面时不会露头，而过粗过硬的纤维则容易在砂浆表面露头，不利于后期工序的进行。

（4）纤维搅拌过程中，投料顺序依次为：砂——纤维——水泥——水。

6聚丙烯纤维砂浆的特点

（1）墙体面层使用纤维砂浆，可有效防止龟裂现象的产生。

（2）砂浆基层牢固整洁、美观平整，适用于各类涂料的使用。满足施工工艺上的各项要求，保证施工质量。

（3）在使用新型墙体材料的同时，配套使用纤维砂浆作为抹灰面层，可充分弥补其性能缺陷，有利于保证工程的质量。

（4）纤维砂浆由于其粘结性、稳定性均优于水泥砂浆，抹灰施工时上灰变得极为容易且灰浆跌落相对大幅度减少，可大大提高效率并减少材料损耗。

（5）由于聚丙烯纤维材料在水泥基体中的物理配筋作用，在一定程度上可替代钢丝网，节约材料，降低施工成本。

（6）聚丙烯纤维砂浆面层具有良好的施工修整操作特性。

（7）采用纤维砂浆作基层，其开裂减少或基本没有，可保证饰面砖粘结强度，防止砖缝开裂和空鼓等现象的发生，有利于保证饰面砖面层施工质量。

（8）聚丙烯纤维砂浆具有极强的抗老化能力和可靠的耐久性。

（9）工艺简单适用范围广。

（10）由于砂浆中的聚丙烯纤维大幅度地提高砂浆基体的抗裂延性，可作为非结构性补强材料来防止面层塑性收缩，有效弥补结构自防水、屋面防水的不足。

7经济效益分析

用于民用建筑内外墙抹灰等工程每立方砂浆掺加0.9kg纤维，砂浆厚度2cm，每平方增加的成本为0.9元，可取代外墙贴瓷砖，每平方米成本减少至10元以上，10000m2的内外墙减少的成本至少为10万元，本工程采用聚丙烯纤维砂浆的面积55397.4m2，减少的成本至少为50万元以上。聚丙烯纤维砂浆的应用减少了内外墙裂缝的产生和发展，防止下雨渗水，减少了防水涂层成本，提高了使用寿命，降低了高额维修、维护成本。

结语

河南省平顶山市行政服务综合楼，是平煤建工集团土建处对外承建的比较大的单体建筑之一。在施工过程中内墙抹灰采用了聚丙烯纤维砂浆新工艺，取得了很好的效果。经现场检查墙面采用这种工艺抹灰后未出现空鼓、裂缝、起砂、起皮等质量问题与缺陷，该工程竣工验收后，获得2009年度河南省建筑行业质量最高奖——“中州杯”奖，同时也获得平顶山市建筑质量最高奖——“鹰城杯”奖。

聚丙烯纤维砂浆的应用，在一定程度上可替代钢丝网，既节约材料，也为下一步墙面面层的施工批腻子创造了一个较好的基层，不仅有利于乳胶漆的粉刷，也增强了墙面整体的观感度。同时也提高了建筑物的使用寿命，降低了高额维修、维护成本，该技术与工艺具有良好的推广前景。

作者简介：宗进营（1971~），男，河南省南阳唐河县人，河南省平煤建工集团土木建筑工程处，工程师。袁培星（1975~），男，河南省南阳人，河南省平煤建工集团土木建筑工程处，助理工程师。杨良（1965~），男，河南省安阳人，河南省平煤建工集团土木建筑工程处，工程师。