不同纤维与不同物料混合后的结团试验

不同纤维与不同物料混合后的结团试验

　　测定不同种类的纤维与不同物料混合后出现结团现象时，纤维的最高掺量，以及纤维在物料中的结团状态。

　　分别测试各种纤维掺入不同单一混料后出现结团现象的最高掺量，以及混合料结团的状态。

　　分别测试各种纤维掺入基本组分干混砂浆后出现结团现象的最高掺量，以及混合料结团的状态。

　　分别测试不同搭配的复合纤维，掺入基本组分干混砂浆后出现结团现象的最高掺量，以及混合料结团的状态。

3.1

3试验内容

　　1.单混实验中选用的单混料：水泥、砂(尾矿砂，级配，40-70：33.3%，70-110：66.6%)、粉煤灰。

　　2.复合混实验中选用的干混砂浆组分及掺量

　　①水泥，掺量为20%(普硅42.5R，河北冀东)

　　②粉煤灰，掺量20%(Ⅰ级，北京奥星)

　　③尾矿砂，掺量60%(40-70，20%;70-110，40%)

　　3.试验仪器

　　选用实验室高速混合机对物料进行混合，转速为1250转/ min。

　　混合时间为15s(有个别混合时间略有改变，下面已说明)

　　4.混合时采用先加物料，后逐步加纤维的统一方法。

3.2

表1 试验选用的纤维种类及性能

纤维特性纤维种类	厂家	长度	抗拉强度	弹性模量	外观
聚丙烯纤维		8mm	大于400MPa	大于3.5GPa	单丝
木质纤维（木质纤维）		6mm以下	－	－	弯曲
玻璃纤维（耐碱玻纤）		12mm	－	－	单丝
聚乙烯醇纤维（维尼仑）		8mm	1050 MPa	18.8 GPa	单丝
海泡石改性纤维		3mm以下	892～1283.7MPa	－	弯曲
钢纤维	－	3~15mm	12007MPa	210 GPa	单丝

①纤维

表2不同纤维与水泥混合的试验结果

最高掺量纤维种类	状态	备注
木质纤维	掺量0.1％～2.0％时，混合料无结团现象。掺量2.0%~2.5%无结团现象，但随掺量的增加，混合料松散，呈絮状。掺量2.5～3.0％之间随掺量的增加，混合料松散和絮状情况严重，有少量直径约为3mm左右的松散“球”形团。掺量3.0～4％之间，随掺量的增加，混合料呈絮状情况更加严重，并出现大量直径约为3mm的松散球状小团，小团在混合料的上层居多，并且较松软，易打开。	纤维加入的物料的间隔点为0.1％。
耐碱玻纤	掺量0.1％～0.7％时，混合料无结团现象。掺量0.8％出现少量“片”状团，直径从5mm到15mm不等，纤维错乱交织，同时混杂水泥。掺量0.9％片状团数量增加。掺量1.0％时出现较多片状团。掺量1.1％时出现大量片状团，直径增大约为20mm。	纤维加入的物料的间隔点为0.1％。
改性纤维	掺量0.1％～2％之间时无结团现象。掺量2％～7％之间，随掺量的增加，出现少量直径约为3mm左右的球型团，但团较松散，易打碎，并且随掺量的增加球形团数量也增加，混合料逐渐蓬松。掺量8％～10％出现大量直径约为5mm左右的柔软小团。	纤维加入的物料的间隔点为0.1％。
凯泰纤维	掺量0.1～1.0％时无结团现象。掺量1.1～1.2％时无结团现象，但混合料松散。掺量1.3％时出现少量松散球状小团，直径约为15mm。掺量1.4～1.5％出现大量直径约为15mm～20mm左右的松散团。	纤维加入的物料的间隔点为0.1％。
维尼仑	掺量0.1％～0.4%时无结团现象。掺量0.5％时出现少量片状小团。掺量0.6％时团数量增多。掺量0.7％时出现大量片状小团，直径约为10mm。	纤维加入的物料的间隔点为0.1％。
钢纤维	掺量19％以下无结团现象掺量19％～24％时混合料底层出现直径约为20～30mm的小团，纤维错综交织成团，混合料上层状态良好，但上部纤维分布量较少。掺量24％～25％时整体均出现直径20~30mm团。	纤维加入的物料的间隔点为 1％。

表3不同纤维与粉煤灰混合的试验结果

最高掺量纤维种类	状态	备注：
木质纤维	掺量3％以下混合料无结团现象掺量3～4％时混合料出现少量直接约为2～5mm小团，并且混合料蓬松掺量5％时出现大量直径约为5mm团	纤维加入的物料的间隔点为 1％。
耐碱玻纤	掺量0.4％以下，混合料无结团现象掺量0.5％时物料蓬松，出现少量直径约为5mm左右的片状团掺量0.6时出现大量直径约为20mm左右的片状团，并且纤维团在混合料上层居多。	该实验的混合时间约为30s,因混合时间为15s时有部分纤维未被完全打开，成“柳”状。加入纤维间隔点为0.1％
改性纤维	掺量4％以下，混合料无结团现象掺量4～5％时，混合料上层出现少量直径约为5mm的球形团，但团极柔软，易打开掺量6～7％时，混合料出现大量直径约为5mm小团，小团松软，在混合料上层居多。	纤维加入的物料的间隔点为 1％。
凯泰纤维	掺量0.8％以下，混合料无结团现象掺量0.8％时混合料松散，并出现少量片状小团，直径约为10mm，易打开掺量0.9～1.0％时片状团数量增加掺量1.1％时出现较多直径10mm~15mm片状团掺量1.2％时出现大量片状团，纤维交织成团，并且团中附着大量粉煤灰	纤维加入的物料的间隔点为 0.1％。
维尼仑	掺量0.1％时混合料无结团现象掺量0.2～0.3％时混合料上层出现少量直径约为10mm的片状团，纤维团松散柔软，易打开掺量0.4％时片状纤维团数量及直径均有所增加掺量0.5％时出现大量结团	纤维加入的物料的间隔点为 0.1％。
纲纤维	掺量15％以下混合料无结团现象掺量15％时混合料底层出现少量钢纤维堆积掺量16～17％时混合料底层的钢纤维大量堆积掺量18～20％时混合料底部出现大量结团现象	纤维加入的物料的间隔点为 1％。

③纤维与砂混合实验结果

表4不同纤维与砂混合的试验结果

最高掺量纤维种类	状态	备注：
木质纤维	掺量0.1～0.9％时混合料未结团，但纤维在混合料上层较多掺量1.0％时混合料上层及表面出现部分球状团掺量1.1～1.9％时表面球形团数量随掺量的增加而增多掺量2.0％时混合料表面出现大量球形团，直径约为2～5mm	纤维加入物料的间隔点为0.1％
耐碱玻纤	混合时间为15s时加入的玻纤全部被打碎，混合时间为5s时纤维未被打开，大部分成“柳”状，并且在掺量为0.2％时因与砂不相容，在混合料表面错综交织成团。	纤维加入物料的间隔点为0.1％，
改性纤维	掺量4％以下混合料无结团现象，状态良好掺量4～8％时混合料表现为“絮”状，比较蓬松，但纤维与混合料相容较好掺量9％时混合料蓬松较严重，大部分砂浸入纤维当中，但混合料未结团掺量10％时混合料蓬松严重实验进行到10％时未继续进行，根据混合料状态，纤维与砂混合不会出现结团现象，只能随纤维掺量的增加，砂逐步浸入到纤维当中	纤维加入物料的间隔点为0.5％，
凯泰纤维	掺量0.1％时无结团现象，但有部分纤维与砂不相容，漂浮在混合料表面掺量0.2％时有大量纤维漂浮在砂表面，与砂不相容，有部分结团掺量0.3％时砂表面出现大量结团	纤维加入物料的间隔点为0.1％。
维尼仑	掺量0.1％时未结团，有部分纤维漂浮在砂表面掺量0.2％时表面出现大量纤维结团	纤维加入物料的间隔点为0.1％。
纲纤维	掺量12％以下，混合料无结团现象，并且纤维均匀分布在混合料当中掺量12％时出现少量纤维交织所形成的团，直径约为10～20mm 掺量13～14％时出现大量结团现象	纤维加入物料的间隔点为1％

表4不同纤维与基本组分干混砂浆混合的试验结果

最高掺量纤维种类	状态	备注：
木质纤维	掺量0.1～1.9％时混合料无结团现象掺量2.0～3.0％时混合料松散，有少量直径约为3～5mm球形团，并且随掺量的增加，混合料松散度及球形团数了均增加掺量4％时混合料出现大量结团，球形团直径约为3～5 mm，混合料松散严重	纤维加入物料的间隔点为0.1％。
耐碱玻纤	掺量0.1～0.2％时无结团现象掺量0.3％时混合料蓬松，出现部分结团现象掺量0.4％时出现混合料蓬松，出现大量结团现象	纤维加入物料的间隔点为0.1％。
改性纤维	掺量1～3％时混合料无结团现象掺量3～6％时混合料松散，伴有少量直径约为2~5mm松软小团，并且随掺量的增加，混合料松散度严重掺量7％时混合料出现大量结团现象，团直径约为2～5mm	纤维加入物料的间隔点为1％。
凯泰纤维	掺量0.1～0.2％时混合料无结团现象掺量0.3％时混合料松散，有部分直径约为10mm左右球形团掺量0.4％时混合料出现大量直径约为10mm左右球星团，混合料松散	纤维加入物料的间隔点为0.1％。
维尼仑	掺量0.1％时混合料无结团现象掺量0.2％时混合料出现部分片状团，团直径约为10mm 掺量0.3％时混合料出现大量结团	纤维加入物料的间隔点为 0.1％。
纲纤维	掺量1～14％时混合料无结团现象，纤维均匀分布掺量15～16％时混合料未结团，但有大量纤维呈聚集趋势掺量18～20％时混合料出现结团现象，底层居多	纤维加入物料的间隔点为 1％。

表5不同复合纤维与基本组分干混砂浆混合的试验结果

最高掺量复合纤维	状态
凯泰纤维＋木质纤维	CTA：0.1％，木质纤维：0.5％混合料无结团
	CTA：0.2％，木质纤维：1％混合料松散，有少量CTA结团
	CTA：0.3％，木质纤维：2％ CTA出现大量结团，其团中有部分木素，团直径大约10mm左右
凯泰纤维＋木质纤维＋改性纤维	CTA：0.1％，木质纤维：0.5％，改性纤维：1％混合料无结团
	CTA：0.2％，木质纤维：1.0％，改性纤维：2％混合料出现少量松软小团，直径为3～10mm
	CTA：0.3%，木质纤维：1.5％，改性纤维：3％混合料出现大量结团，其中大部分团为CTA纤维，团中掺杂部分木质纤维
玻璃纤维＋木质纤维	玻璃纤维：0.1％，木质纤维：0.5％混合料无结团
	玻璃纤维：0.2％，木质纤维：1.0％混合料出现少量结团
	玻璃纤维：0.3％，木质纤维：1.5％混合料出现大量结团团状态为：玻璃纤维为团骨架，木质纤维在其中填充
玻璃纤维＋木质纤维＋改性纤维	玻璃纤维：0.1％，木质纤维：0.5％，改性纤维：1％混合料出现少量结团
玻璃纤维＋木质纤维＋改性纤维	玻璃纤维：0.2％，木质纤维：1％，改性纤维：2％混合料出现大量结团，团状态为：玻璃纤维为团骨架，木质纤维在其中填充
维尼仑＋木质纤维	维尼仑：0.1％，木质纤维：0.5％混合料无结团现象
维尼仑＋木质纤维	维尼仑：0.2％，木质纤维：1％混合料出现结团，团直径约为10mm，团大部分为维尼仑
维尼仑＋木质纤维＋改性纤维	维尼仑：0.1％，木质纤维：0.5％，改性纤维：1％混合料无结团现象
维尼仑＋木质纤维＋改性纤维	维尼仑：0.2％，木质纤维：1％，改性纤维：2％混合料出现结团现象
钢纤维＋木质纤维	钢纤维：5％，木质纤维：1％，混合料无结团
	钢纤维：10％，木质纤维：2.0％混合料松散，有部分团，为钢纤维与木素交织成团
	钢纤维：11％，木质纤维：2.5％混合料出现大量结团
钢纤维＋木质纤维＋改性纤维	钢纤维：5％，木质纤维：1％，改性纤维1％混合料无结团
	钢纤维：8％，木质纤维：1.5％，改性纤维1.5％混合料蓬松
	钢纤维：9％，木质纤维：2.0％，改性纤维2.0％混合料蓬松严重
	钢纤维：10％，木质纤维：2.5％，改性纤维：2.5 混合料出现大量结团，团为木质纤维和钢纤维交织形成

　　4实验结论

　　通过以上实验结果可以看出，各种单丝状纤维(除钢纤维)与水泥的单一混合时，凯泰纤维的掺加量最大，玻璃纤维其次，维尼仑最小;钢纤维因其自身密度较大，故而在质量比的掺量上最大;木质纤维和改性纤维对比来看，木质纤维的与水泥混合的掺量小于改性纤维的掺量。

　　在与粉煤灰混合时，单丝状纤维中，仍然是聚丙烯纤维掺量最大，玻璃纤维其次，维尼仑最小，但聚丙烯纤维和维尼仑的最高掺量与在水泥中混合相比，最高掺量略有下降，玻璃纤维的最高掺量有所上升;其余各纤维的最高掺量与在水泥中混合时相比无较大差异。

　　在与砂的混合中，部分密度较低的纤维与砂不相融，掺量在很低时就会出现表面结团，而钢纤维，改性纤维与砂融合较好，但掺量来看，比和水泥、粉煤灰混合时掺量要低。

　　在与基本组分砂浆混合时，单丝状纤维的最高掺量均比与水泥、粉煤灰单独混合时掺量低，木质纤维、改性纤维最高掺量无较大变化。

　　在复合纤维混合时，大多是单丝状纤维先结团，各种纤维掺量均比单独混合时掺量要低。

　　通过以上实验的结果，我个人认为，影响纤维结团的因素有以下几方面

　　1：“物料单位体积内包含纤维单丝的个数”，若物料单位体积内纤维的数量达到饱和后即发生结团现象。

　　2：相融问题：“密度越相近越相融”，相融状态越好，单位体积内所能包含的纤维数量越多。

　　3：纤维的表面处理，纤维表面处理越好，在混合中各个纤维越不容易粘在一起，各个纤维之间不容易结团。

　　北京万图明科技有限公司技术部

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