摘要：本文主要对加入聚丙烯纤维的砂浆以及在聚丙烯纤维和植物纤维（秸杆）砂浆内加入聚合物进行研究，并论述了纤维增强聚合物水泥基复合材料的形成机理和性能的理论研究。
关键词：秸秆；聚丙烯纤维；聚合物；阻裂效应；纤维增强聚合物水泥基复合材料
前言
纤维增强聚合物水泥基复合材料是以水泥为基础材料，同时加入纤维以及聚合物而成的。在纤维与聚合物互不反应的情况下，因其具有纤维增强混凝土与聚合物增强混凝土两种高性能混凝土的优点，并且还弥补了各自的缺点，利用价值和经济效益不容忽视，因此值得去深入的探索和研究。本文主要对加入聚丙烯纤维的砂浆以及在聚丙烯纤维和植物纤维（秸杆）砂浆内分别加入聚醋酸乙烯-乙烯酯、聚乙烯醇系胶乳、苯丙胶乳三种聚合物进行研究。并论述了纤维增强聚合物水泥基复合材料的 形成机理和性能，通过实验发现纤维量和聚合物的掺量均不能过量。这与进行物理力学实验时所得结果是一致的。并且只有秸杆对纤维增强聚合物砂浆的影响具有显著性，而聚合物的影响非常小。
1纤维混凝土介绍
混凝土成为工程中应用最为广泛的材料，种类繁多，其性能得到不断改善。混凝土材料最主要的特性就是受压强度很高，抗拉强度很低，同时缺乏必要的韧性，这些特性影响着混凝土结构的性能，限制了其在工程中的更广泛的应用。在使用性能上，由于较低的抗拉的强度使得在结构的很多部分出现裂缝，严重影响使用性能的要求。
在混凝土中均匀掺入各种非连续的短纤维作为增强材料这就是纤维增强混凝土。纤维混凝土一般分为钢纤维、玻璃纤维和聚合物纤维混凝土等几种类型。钢纤维搅拌是易结团，分散均匀性差，不易施工，且掺量大，成本增加较高；玻璃纤维由于在混凝土碱性介质中与碱起化学反应，因而耐久性差。目前使用最为广泛的是聚丙烯纤维（PP纤维），或者是短而细的小段，或是编织成网状。
2聚丙烯纤维的阻裂效应
无论是混凝土还是水泥砂浆在实际工程中都存在着在硬化初期的塑性收缩裂缝，尤其是大体积混凝土的开裂，例如三峡大坝的表面裂缝，还有葛洲坝的船闸表面开裂，虽然都才用不同的办法已经得到了控制。但这个问题一直困绕着人们，经过人们的不断努力发现：聚丙烯纤维的加入在一定程度上能有效的抑制在水泥石微裂缝的产生。聚丙烯纤维的阻裂效应是指对水泥石早期塑性开裂的抑制作用，也是聚丙烯纤维最为主要的效应。有学者认为纤维阻止水泥石基体发生不规则、无取向性的塑性开裂的能力和水泥石中纤维的间距有关，对于不同种纤维这种能力体现在细度上。还有人认为是纤维的荷载传递效应。纤维的荷载传递效应是纤维增强复合材料共有的一种纤维增强效应，它主要表现在早期的阻裂效应中，即能钝化裂隙尖端的应力集中，约束裂缝的扩展。而Kein wang等人在研究聚丙烯纤维改善塑性收缩裂缝的机理时，考察了不同纤维掺量的水泥浆试件的累计水分损失和孔隙结构，试件的尺寸为70.7mm＼70.7mm＼70.7mm，水灰比为0.55，成型时底部铺在砂纸上模拟约束条件。试件置于温度40℃、风速3km/h～8 km /h、相对湿度18%的环境中。他们发现，掺入纤维后试件的累计水分损失比不掺时要小，而且孔隙结构也出现了明显的变化。与不掺纤维的试件相比，孔隙结构中多了一组直径较大的孔。并且纤维掺量越大，较大毛细孔的数量越多。他们认为，可能是试件成型后在聚丙烯纤维表面形成了吸附水膜，聚丙烯纤维的存在堵塞了渗水通道或使渗水通道的曲折性增加，从而使累计水分损失减小和较大毛细孔数量的增多。一方面聚丙烯纤维使试件的韧性增强，另一方面较大毛细孔使毛细孔压力减小，二者的综合作用使聚丙烯纤维混凝土表现出显著的抗塑性收缩裂缝的能力。
3聚合物水泥基复合材料
聚合物水泥基复合材料是指掺有粗细集料的和未加集料的聚合物水泥混凝土、聚合物水泥砂浆和聚合物水泥挣浆的泛称。广义讲，聚合物水泥基复合材料属于有机和无机的复合材料。聚合物最常应用在混凝土中―聚合物混凝土。聚合物混凝土（Polymer Concrete）简称PC，是只用聚合物做胶结材料的混凝土，在我国也常常称之为树脂混凝土或塑料混凝土。与水泥混凝土中总是有部分水没有参与水化反应而留毛细空隙不同，在聚合物混凝土中，用做胶结材料的聚合物组分最终全部参与固化反应，因而聚合物混凝土中没有连通的毛细孔，使得聚合物混凝土抗渗透性比水泥混凝土高得多。因而具有优良的耐久性。此外，聚合物混凝土的强度发展比普通混凝土快的多，可以在常温下或低温下固化。一般来说，24h的强度可以达到最终强度的80%，而且抗拉、抗折和抗压强度多很高。在者，聚合物混凝土在大多数材料上多具有很好的黏附性，是一种优秀的快速修补材料。
4 聚合物水泥基复合材料的增强机理
一般的水泥基复合材料主要是由未水化的水泥熟料颗粒、水泥的水化结晶矿物和凝胶体、水和少量的空气组成。因此它是一个固一液一气多相多孔体。其材料的强度也就受着这些因素的制约和影响。聚合物的加入改变了这些因素的变化关系，从而影响强度的提高。在水泥砂浆或水泥混凝土中掺入聚合物后，会引来水泥砂浆或 水泥混凝土的性质起一系列的变化，诸如，抗折强度提高、抗压强度降低、性模量降低、性降低、性增加变形能力提高、耐性增加、黏结强度提高、耐久性提高等。关于聚合物改性水泥砂浆和混凝土的机理，大致归纳为以下几点：
（l）聚合物在水泥凝胶中均匀分散，可以防止或减少水份的蒸发和防止干燥基体对水份的吸收，从而使水化作用更趋完善。
（2）聚合物的加入改善了胶凝材料一集料界面情况，增大了它们之间的粘结力，而粘结力对材料的抗拉强度和抗压强度同时做贡献。
（3）砂浆的性能是影响混凝土性能的重要因素，聚合物与水泥同时起胶凝作用，其结果增大了砂浆的强度，使混凝土只有在砂浆破坏和连续出现微裂纹后才会遭到压缩破坏。
（4）聚合物在混凝土中的均匀分布，并与水泥凝胶形成了相互贯穿的网络，在受到外力作用时，这种结构有利于应力的分散和转移，阻止和减弱了裂纹的增长。 5研究植物纤维的意义
本文除了对聚丙烯纤维进行研究外还对植物纤维做了一些实验。本文主要是对秸杆的研究，秸杆纤维是具有一般麻类纤维性能的天然纤维素纤维，它是农作物的残留物，来源广、成本低，以被广泛的应用与日常生活的各个领域，在其他领域也有所涉及。但这些只是其中的非常小的一部分，大部分的秸杆都被浪费掉了，因此秸杆的利用率很低。尤其是在东北每年的农作物产量很高，但很大一部分都被烧掉了，这样不但浪费资源还污染环境。把秸杆应用到工程建筑中这样不但降低了成本还有利于提高农业效益。
在农村早就有用稻草和黏土制成草坯砖盖房子，不但结实而且廉价，现在有的学者已经用秸杆与水泥制成了预制板，其中秸杆占了很大一部分。这种板材不但经济而且具有轻质、抗破坏荷载大、抗冲击强度高、放火、防鼠等诸多优点。
本文主要研究秸杆掺量对聚合物砂浆的影响以及聚合物的掺量对植物纤维砂浆的影响。
6本课题的研究意义
虽然，很久以前人们就知道在水泥沙浆中加入各种纤维来增强水泥基体抵抗塑性收缩而产生裂缝的能力，并且也受到了一定的效果，但是并没有从根本上解决。聚合物混凝土（砂浆）用来做修补材料或建筑胶粘剂时也出现了开列和渗漏问题。这就要求有一种新的材料来补充，要具有纤维混凝土和聚合物混凝土的综合性能。经过查各种文献和资料发现国内做此研究的非常少。由于本人所学的知识和能力有限，所以本文所涉及的理论和研究比较浅，只做了一些对比实验，试图找到基本性能的最好配合比以及研究纤维增强聚合物砂浆是否同时具有纤维混凝土砂浆和聚合物砂浆的优点。
7结论
（1）聚丙烯纤维对混凝土砂浆强度及抗裂性的影响
经过试验可以看出，在加入聚丙烯纤维后他的抗压强度是降低的，与其他的资料所介绍的是一致的。它的抗折强度有非常明显的提高，即它的抗裂性提高了。而且柔韧性也有所增加。虽然纤维的加入使砂浆的强度、韧性等都有所提高，但是它的抗渗性却下降了，因此要注意聚丙烯纤维的掺入量。
（2）聚合物对纤维混凝土砂浆强度的影响
聚合物的加入，使砂浆的抗压强度和抗折强度总体上说是有所下降的，但是相对与三种聚合物来说，聚醋酸乙烯-乙烯酯（EVA胶）的效果是比较理想的。聚醋酸乙烯-乙烯酯（EVA胶）在掺量为2%时它的抗折强度有很大的提高，即使在相同情况下聚醋酸乙烯-乙烯酯（EVA胶）的抗压强度也比其他两种聚合物的要高。但是当三种聚合物的掺量都超过20%时，它们的柔韧性都比不掺入是有所提高。
摘要：本文主要对加入聚丙烯纤维的砂浆以及在聚丙烯纤维和植物纤维（秸杆）砂浆内加入聚合物进行研究，并论述了纤维增强聚合物水泥基复合材料的形成机理和性能的理论研究。
关键词：秸秆；聚丙烯纤维；聚合物；阻裂效应；纤维增强聚合物水泥基复合材料
前言
纤维增强聚合物水泥基复合材料是以水泥为基础材料，同时加入纤维以及聚合物而成的。在纤维与聚合物互不反应的情况下，因其具有纤维增强混凝土与聚合物增强混凝土两种高性能混凝土的优点，并且还弥补了各自的缺点，利用价值和经济效益不容忽视，因此值得去深入的探索和研究。本文主要对加入聚丙烯纤维的砂浆以及在聚丙烯纤维和植物纤维（秸杆）砂浆内分别加入聚醋酸乙烯-乙烯酯、聚乙烯醇系胶乳、苯丙胶乳三种聚合物进行研究。并论述了纤维增强聚合物水泥基复合材料的 形成机理和性能，通过实验发现纤维量和聚合物的掺量均不能过量。这与进行物理力学实验时所得结果是一致的。并且只有秸杆对纤维增强聚合物砂浆的影响具有显著性，而聚合物的影响非常小。
1纤维混凝土介绍
混凝土成为工程中应用最为广泛的材料，种类繁多，其性能得到不断改善。混凝土材料最主要的特性就是受压强度很高，抗拉强度很低，同时缺乏必要的韧性，这些特性影响着混凝土结构的性能，限制了其在工程中的更广泛的应用。在使用性能上，由于较低的抗拉的强度使得在结构的很多部分出现裂缝，严重影响使用性能的要求。
在混凝土中均匀掺入各种非连续的短纤维作为增强材料这就是纤维增强混凝土。纤维混凝土一般分为钢纤维、玻璃纤维和聚合物纤维混凝土等几种类型。钢纤维搅拌是易结团，分散均匀性差，不易施工，且掺量大，成本增加较高；玻璃纤维由于在混凝土碱性介质中与碱起化学反应，因而耐久性差。目前使用最为广泛的是聚丙烯纤维（PP纤维），或者是短而细的小段，或是编织成网状。
2聚丙烯纤维的阻裂效应
无论是混凝土还是水泥砂浆在实际工程中都存在着在硬化初期的塑性收缩裂缝，尤其是大体积混凝土的开裂，例如三峡大坝的表面裂缝，还有葛洲坝的船闸表面开裂，虽然都才用不同的办法已经得到了控制。但这个问题一直困绕着人们，经过人们的不断努力发现：聚丙烯纤维的加入在一定程度上能有效的抑制在水泥石微裂缝的产生。聚丙烯纤维的阻裂效应是指对水泥石早期塑性开裂的抑制作用，也是聚丙烯纤维最为主要的效应。有学者认为纤维阻止水泥石基体发生不规则、无取向性的塑性开裂的能力和水泥石中纤维的间距有关，对于不同种纤维这种能力体现在细度上。还有人认为是纤维的荷载传递效应。纤维的荷载传递效应是纤维增强复合材料共有的一种纤维增强效应，它主要表现在早期的阻裂效应中，即能钝化裂隙尖端的应力集中，约束裂缝的扩展。而Kein wang等人在研究聚丙烯纤维改善塑性收缩裂缝的机理时，考察了不同纤维掺量的水泥浆试件的累计水分损失和孔隙结构，试件的尺寸为70.7mm＼70.7mm＼70.7mm，水灰比为0.55，成型时底部铺在砂纸上模拟约束条件。试件置于温度40℃、风速3km/h～8 km /h、相对湿度18%的环境中。他们发现，掺入纤维后试件的累计水分损失比不掺时要小，而且孔隙结构也出现了明显的变化。与不掺纤维的试件相比，孔隙结构中多了一组直径较大的孔。并且纤维掺量越大，较大毛细孔的数量越多。他们认为，可能是试件成型后在聚丙烯纤维表面形成了吸附水膜，聚丙烯纤维的存在堵塞了渗水通道或使渗水通道的曲折性增加，从而使累计水分损失减小和较大毛细孔数量的增多。一方面聚丙烯纤维使试件的韧性增强，另一方面较大毛细孔使毛细孔压力减小，二者的综合作用使聚丙烯纤维混凝土表现出显著的抗塑性收缩裂缝的能力。
3聚合物水泥基复合材料
聚合物水泥基复合材料是指掺有粗细集料的和未加集料的聚合物水泥混凝土、聚合物水泥砂浆和聚合物水泥挣浆的泛称。广义讲，聚合物水泥基复合材料属于有机和无机的复合材料。聚合物最常应用在混凝土中―聚合物混凝土。聚合物混凝土（Polymer Concrete）简称PC，是只用聚合物做胶结材料的混凝土，在我国也常常称之为树脂混凝土或塑料混凝土。与水泥混凝土中总是有部分水没有参与水化反应而留毛细空隙不同，在聚合物混凝土中，用做胶结材料的聚合物组分最终全部参与固化反应，因而聚合物混凝土中没有连通的毛细孔，使得聚合物混凝土抗渗透性比水泥混凝土高得多。因而具有优良的耐久性。此外，聚合物混凝土的强度发展比普通混凝土快的多，可以在常温下或低温下固化。一般来说，24h的强度可以达到最终强度的80%，而且抗拉、抗折和抗压强度多很高。在者，聚合物混凝土在大多数材料上多具有很好的黏附性，是一种优秀的快速修补材料。
4 聚合物水泥基复合材料的增强机理
一般的水泥基复合材料主要是由未水化的水泥熟料颗粒、水泥的水化结晶矿物和凝胶体、水和少量的空气组成。因此它是一个固一液一气多相多孔体。其材料的强度也就受着这些因素的制约和影响。聚合物的加入改变了这些因素的变化关系，从而影响强度的提高。在水泥砂浆或水泥混凝土中掺入聚合物后，会引来水泥砂浆或 水泥混凝土的性质起一系列的变化，诸如，抗折强度提高、抗压强度降低、性模量降低、性降低、性增加变形能力提高、耐性增加、黏结强度提高、耐久性提高等。关于聚合物改性水泥砂浆和混凝土的机理，大致归纳为以下几点：
（l）聚合物在水泥凝胶中均匀分散，可以防止或减少水份的蒸发和防止干燥基体对水份的吸收，从而使水化作用更趋完善。
（2）聚合物的加入改善了胶凝材料一集料界面情况，增大了它们之间的粘结力，而粘结力对材料的抗拉强度和抗压强度同时做贡献。
（3）砂浆的性能是影响混凝土性能的重要因素，聚合物与水泥同时起胶凝作用，其结果增大了砂浆的强度，使混凝土只有在砂浆破坏和连续出现微裂纹后才会遭到压缩破坏。
（4）聚合物在混凝土中的均匀分布，并与水泥凝胶形成了相互贯穿的网络，在受到外力作用时，这种结构有利于应力的分散和转移，阻止和减弱了裂纹的增长。 5研究植物纤维的意义
本文除了对聚丙烯纤维进行研究外还对植物纤维做了一些实验。本文主要是对秸杆的研究，秸杆纤维是具有一般麻类纤维性能的天然纤维素纤维，它是农作物的残留物，来源广、成本低，以被广泛的应用与日常生活的各个领域，在其他领域也有所涉及。但这些只是其中的非常小的一部分，大部分的秸杆都被浪费掉了，因此秸杆的利用率很低。尤其是在东北每年的农作物产量很高，但很大一部分都被烧掉了，这样不但浪费资源还污染环境。把秸杆应用到工程建筑中这样不但降低了成本还有利于提高农业效益。
在农村早就有用稻草和黏土制成草坯砖盖房子，不但结实而且廉价，现在有的学者已经用秸杆与水泥制成了预制板，其中秸杆占了很大一部分。这种板材不但经济而且具有轻质、抗破坏荷载大、抗冲击强度高、放火、防鼠等诸多优点。
本文主要研究秸杆掺量对聚合物砂浆的影响以及聚合物的掺量对植物纤维砂浆的影响。
6本课题的研究意义
虽然，很久以前人们就知道在水泥沙浆中加入各种纤维来增强水泥基体抵抗塑性收缩而产生裂缝的能力，并且也受到了一定的效果，但是并没有从根本上解决。聚合物混凝土（砂浆）用来做修补材料或建筑胶粘剂时也出现了开列和渗漏问题。这就要求有一种新的材料来补充，要具有纤维混凝土和聚合物混凝土的综合性能。经过查各种文献和资料发现国内做此研究的非常少。由于本人所学的知识和能力有限，所以本文所涉及的理论和研究比较浅，只做了一些对比实验，试图找到基本性能的最好配合比以及研究纤维增强聚合物砂浆是否同时具有纤维混凝土砂浆和聚合物砂浆的优点。
7结论
（1）聚丙烯纤维对混凝土砂浆强度及抗裂性的影响
经过试验可以看出，在加入聚丙烯纤维后他的抗压强度是降低的，与其他的资料所介绍的是一致的。它的抗折强度有非常明显的提高，即它的抗裂性提高了。而且柔韧性也有所增加。虽然纤维的加入使砂浆的强度、韧性等都有所提高，但是它的抗渗性却下降了，因此要注意聚丙烯纤维的掺入量。
（2）聚合物对纤维混凝土砂浆强度的影响
聚合物的加入，使砂浆的抗压强度和抗折强度总体上说是有所下降的，但是相对与三种聚合物来说，聚醋酸乙烯-乙烯酯（EVA胶）的效果是比较理想的。聚醋酸乙烯-乙烯酯（EVA胶）在掺量为2%时它的抗折强度有很大的提高，即使在相同情况下聚醋酸乙烯-乙烯酯（EVA胶）的抗压强度也比其他两种聚合物的要高。但是当三种聚合物的掺量都超过20%时，它们的柔韧性都比不掺入是有所提高。