采用纤维增强水泥基材料是一种常用的技术手段,纤维掺入水泥基材料中可起到增强、阻裂、增韧的作用。由于碳纤维抗拉强度高、耐腐蚀性能好、导电性能好,能显著改善水泥砂浆的力学性能和电学性能。除此之外,碳纤维对水泥砂浆新拌性能的影响也不容忽视。因此,有必要系统开展碳纤维对水泥砂浆性能的影响研究,重点探讨其新拌性能的关键影响因素,为碳纤维水泥砂浆的配合比设计提供指导。本研究的三大控制变量包括:水灰比、碳纤维掺量、碳纤维长度。共设计了64组水泥砂浆,开展了一系列新拌性能、力学性能、导电性能和堆积密实度试验。基于试验结果、膜厚度理论和纤维因素理论,探寻水膜厚度和碳纤维对水泥砂浆性能的综合影响。主要工作如下:(1)采用迷你坍落度试验、迷你V型漏斗试验、筛析稳定性试验及石棒粘附试验,探究水灰比、碳纤维掺量和长度对水泥砂浆新拌性能的影响规律。研究表明,水灰比的提高,对水泥砂浆和易性和流动性有正面作用,对内聚性有负面影响,对粘附性既有正面作用又有负面影响;碳纤维掺量和长度的增大,对和易性、流动性和粘附性有负面影响,对内聚性有正面作用。总体上,水灰比、碳纤维掺量和长度是影响水泥砂浆新拌性能的重要因素,且影响程度大小为:水灰比>碳纤维掺量>碳纤维长度。(2)采用棱柱体抗折抗压强度试验、体积电阻测试试验,探究水灰比、碳纤维掺量和长度对水泥砂浆力学和导电性能的影响规律。研究表明,水灰比的提高,对力学性能有负面影响;纤维掺量和长度的增大,对抗折强度和折压比均既有正面作用又有负面影响,分别在掺量为0.3%、长度为12 mm时取得峰值,而对抗压强度总体上有负面影响。水灰比的提高,对导电性能有正面作用;随着纤维掺量和长度的增大,体积电阻率有一定程度的减低,在掺量为0.1%左右降幅明显。(3)采用堆积密实度湿测法和水膜厚度计算方法,探究碳纤维掺入对水泥砂浆拌合物堆积密实度和水膜厚度的影响规律。研究表明,纤维掺量的增大,对水泥砂浆拌合物的堆积密实度和水膜厚度均既有正面作用又有负面影响,在掺量为0.2%取得峰值;纤维长度的增大,对两者均有正面作用。(4)采用非线性回归分析,探究水膜厚度、碳纤维掺量和长度对水泥砂浆各新拌性能的影响规律。研究表明,各新拌性能(和易性、流动性、内聚性及粘附性)与水膜厚度、碳纤维掺量和长度具有较好的相关性,且推导出对应的预测公式,表征了水膜厚度、碳纤维掺量及长度是碳纤维水泥砂浆各新拌性能的重要影响因素。进一步地,整合碳纤维掺量和纤维长度成为单一纤维因子FF=V_f(L/D),(V_f为纤维掺量体积百分比、L为纤维长度、D为纤维直径),采用回归分析方法,探究水膜厚度和碳纤维因子对水泥砂浆各新拌性能的影响规律。研究表明,各新拌性能与水膜厚度、碳纤维因子具有较好的相关性,且建立了对应的数学模型,证明了水膜厚度和碳纤维因子是碳纤维水泥砂浆各新拌性能的关键影响因素。故在碳纤维水泥砂浆的配合比设计中,应当考虑水膜厚度和纤维因子的影响。