浅谈改性聚丙烯纤维对发泡水泥性能的影响

近年来，全球环境危机日益加剧，“低碳·环保”理念成为各国经济发展过程中竞相追随的主题，这对现代化建筑的保温材料形成了更严峻挑战。发泡水泥是将充分发泡的发泡剂泡沫均匀掺入水泥浆后再经过现浇施工、自然养护而形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料[1]。它具有防火阻燃、保温隔热、质轻抗震、吸音隔音等优良特性，并且生产中可用煤灰、矿渣、锯末等工业废料作填充材料，因而具有较好的节能性和施工性，是目前极为理想的绿色建材。但在实际应用和制备过程中，发泡水泥存在韧性差、易开裂、泌水、易离析等缺点，需要加入适当的工业纤维方可解决。文章采用以丙烯酸为功能单体的化学接枝法对普通聚丙烯纤维表面进行改性，以改善聚丙烯纤维表面的粘结性、亲水性等，从而促进其与发泡水泥更充分混合。

1.材料和方法 1.1实验材料

本次所选实验材料主要有聚丙烯纤维（横截面的长度在16-20mm之间，型号为Y型）、过氧化苯甲酰（BPO）、二甲苯、丙酮、丙烯酸（使用前，需进行蒸馏，将阻聚剂除去）、分析纯、中国联合水泥公司生产的42.5快硬硫酸铝酸盐水泥以及自制的稳泡剂以及化学发泡剂。

1.2聚丙烯纤维表面的改性

按一定配比将聚丙烯纤维、BPO以及二甲苯混合搅拌后装入有冷凝管以及N2导入管的四口烧瓶，并在氮气的环境下进行机械搅拌，直至温度上升到50℃为止；恒温下溶胀45min后温度升高到90℃，再在恒温下反应约30min，去除二甲苯以及残余的溶剂，并将丙烯酸溶液加入到四口烧瓶中，在75℃的恒温下反应约1h，将最终得到的产物进行冷却、水洗以及丙酮抽提，最后在60℃的恒温下进行烘干，并恒重提取聚丙烯纤维。

1.3改性聚丙烯纤维增强发泡水泥的试样制备

配比发泡水泥的材料主要有空白的发泡水泥S0、改性聚丙烯纤维增强发泡水泥S1-S6以及未改性聚丙烯纤维增强发泡水泥S7，试样的制备方法：将改性聚丙烯纤维、未改性聚丙烯纤维以及稳泡剂加入到水中混匀后，加入水泥进行搅拌，约1.5min后加入化学发泡剂，约1min后将料浆导入到模具中。

1.4实验的方法 1.4.1塑性收缩开裂

将S0-S6的配比料注入到914×610×19mm的木模中，注入的料浆需符合发泡后料浆表面高出木模1-2mm。结束发泡1h后，开启木模上方约1.5m位置500W的碘钨灯；同时，开启电风扇，并保持风速在1m/s左右；开启碘钨灯以及风扇4h后关闭，并将试样的表面塑性收缩裂缝的宽度进行分级，衡量试样塑性收缩开裂的程度[2]。

1.4.2测试力学性能

将S0-S6的配比料分别注入到一个40×40×160mm的三联模具中，注入的料浆需符合发泡后料浆表面高出木模边沿的6-8mm。注入4h后，切除超出模具邊沿的表面后脱模，并将脱模后的试样放入养护箱中养护三日，并在恒温40℃下烘到绝干，在抗压、抗折一体化仪器上测试其抗折、抗压的强度。

1.4.3分析红外光谱及微观形貌

采用扫描电镜（SEM）观察未改性和掺加改性后聚丙烯纤维发泡水泥试样断面的形貌，采用光学显微镜观察空白和以及掺加改性后聚丙烯纤维发泡水泥试样断面泡孔结构，采用傅里叶变换红外光谱仪（IR）观察和分析改性前后聚丙烯纤维。

2.结果

2.1改性聚丙烯纤维能够影响发泡水泥的塑性收缩开裂

纤维的掺量在0.7%以下时，伴随纤维掺量增加，塑性收缩开裂的分数急剧下降；但当纤维的掺量超过0.7%时，伴随纤维掺量增加，塑性收缩开裂的分数下降较为缓慢，见图1。

图一 改性聚丙烯纤维能够影响发泡水泥的塑性收缩开裂 2.2改性聚丙烯纤维影响发泡水泥的力学性能

纤维的掺量在0.7%以下时，伴随纤维掺量增加，试样抗折、抗压的强度明显增加；但当纤维的掺量超过0.7%时，伴随纤维掺量增加，试样抗折、抗压的强度增加较为缓慢，见图二。

图二 改性聚丙烯纤维影响发泡水泥的力学性能

3.结论

聚丙烯纤维和丙烯酸化学接枝改性以后，能够增强水泥基体机械啮合力、化学键合力，进而提升两者界面间的结合；改性聚丙烯纤维能够对发泡水泥新生裂纹进行抑制，而且还能制约原生裂纹扩展和延生，进而降低发泡水泥塑性收缩开裂；改性聚丙烯纤维能够提升发泡水泥炮孔结构及其力学的性能，进而增加其弯曲的韧性。

【参考文献】

[1]李启金，李国忠.聚丙烯纤维化学接枝改性增强水泥基复合材料的界面结合[J].复合材料学报，2013，30（4）：238-244.

[2]商洪峰，邹世会.改性聚丙烯纤维混凝土抗裂性能的研究[J].山西建筑，2015，41（2）：94-95.