纤维对水泥混凝土早期塑性开裂性能及抗冲击性能的影响.pdf

2 0 1 2年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUC 2 Ol 2 No 8 Au g u s t 纤维对水泥混凝土早期塑性开裂性能及 抗冲击性能的影响 施凤莲 ， 顾 平 ( 1 苏州混凝土水泥制品研究院 江苏省高耐久混凝土工程技术研究中心 ， 2 1 5 0 0 4 ； 2 江苏力威工程材料有限公司) 摘要 ： 依据现行标 准， 对不同纤维掺量 的改性纤维水泥混凝土试件进行 了早期 收缩开裂试验 。 结果表 明， 纤维 的加入 可缓 解和 抑制水泥混凝土试件早期塑性收缩 裂缝 的产 生和发展 ， 减 少并细化 裂缝 ， 且 随纤维掺量 的增 加 ， 这 种 效 果 更 加 明显 。 关键词 ： 改性纤维 ； 早期塑性收缩开裂 ； 抗冲击强度 Ab s t r a c t ：Ac c o r d i n g t o t h e c u r r e n t s t a n d a r d s ，t h e e a r l y a g e s h rin k a g e a n d c r a c k i n g t e s t s f o r t h e mo d i fi e d fi b e r r e i n f o r c e d c e me n t c o n c r e t e s a mp l e s wi t h d i f f e r e n t fi b e r d o s a g e s a r e c a r r i e d o u t T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t a d d i n g t h e fi b e r c a n r e l i e f a n d i n h i b i t t h e e a r l y a g e p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k s o f c e me n t c o n c r e t e s a mp l e s ， d e c r e a s e a n d t h i n t h e c r a c k s ， a n d w i t h t h e i n c r e a s e o f fi b e r d o s a g e ， t h i s e f f e c t i s mo r e o b v i o u s Ke y wo r d s ： Mo d i fi e d fi b e r ； E a r l y a g e p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k s ； S h o c k s t r e n g t h 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 7 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7 ( 2 0 1 2) 0 8 4 8 一 O 2 0前 言 混凝 土是 目前建筑工程 中用量最大 的材料之 一 ，而混凝土 自身存 在早期 易于产生塑性收缩裂 缝 、 抗冲击强度低等缺陷。各国学者的研究均显示 ， 在水泥混凝土 中掺加纤 维是 克服这些缺陷 的有效 途径。本文对不同掺量改性纤维混凝土进行了早期 塑性收缩开裂和抗冲击强度影响试验。 1 原 材料及 配合 比 1 1 原材料 水泥为 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ， 细集料为细度 模数为 2 6的中砂 ， 粗集料为 5 1 0 m m( 早期塑性 收 缩开裂用) 和 5 - 2 5 m m( 抗冲击强度用 ) 连续 级配碎 石 ，拌和水 为 自来水， 纤维为江苏某厂生产 的改性 纤维 ， 其各项性能见表 1 。 表 l 改性纤维的物理力学性 能 1 2 配合 比 早期塑性收缩开裂试验 中， 基准混凝 土配合 比 为水泥 ： 砂 ： 石 ： 水= l ： 0 7 5 ： 0 7 5 ： 0 5 0 ， 纤维掺量按试 件体积 比计量加入。 抗 冲 击 强 度试 验 中 ，基 准混 凝 土配 合 比 为 水 泥 ： 砂 ： 石 ： 水= 1 ： 1 8 9 ： 3 4 5 ： 0 5 4 ， 纤维掺量同样按试 件体积比计量加入。 2试验 方法 及依 据 2 1 早期塑性收缩开裂性能 试验方法参照 J C T 9 5 1 2 0 0 5 水泥砂浆抗裂 性能试验方法 进行。为了便于混凝土浇注成型 ， 对 试验 所用 的模 板尺 寸进 行 了调整 ，高度 调整 为 3 5 m m。另外 ， 模板内钢筋框架 四角焊接的钢筋端头 48 离模板底部的高度调整为 1 2 ra m。其余试验步骤及 评定参照 J C 1 9 5 1 2 o 0 5 ，试验用原材料和配合 比 根据试验要求进行了调整。 2 2 抗冲击强度 试验方法参照 G B T 1 5 2 3 1 2 0 0 8 玻璃纤维增 强水泥性能试验方法 。考虑到该方法抗冲击强度 对试样尺寸有一定的要求， 为便于浇注成型， 试件 制备按 G B 厂 r 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合物性能 试 验方法 和 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普 通混凝 土力学 性 能试验方法规 定进行 ，试 件尺寸 为 1 2 0 m mx 1 0 0 mm x 5 0 m m， 共成型 3块试件。 试件在标准养护室 养护 2 8 d后 ， 用混凝土专用切割机在垂直于试件 的 成型面中部切取试样 ， 取样厚度为 1 5 m m， 每块试件 施凤莲 ， 顾平 纤维对水泥混凝土早期塑性开裂性能及抗冲击性能的影响 取 2块试样 ，即抗 冲击强度的试样尺寸 为 1 2 0 m mx 5 0 minx 1 5 m m，共 6块。试验步骤和评定参照 G B T 1 5 23l 一 2 0 08。 3试 验 结果 基准混凝土及纤维混凝 土早期 塑性 收缩开裂 试 验结 果见 表 2 。 基准混凝土及纤维混凝 土抗 冲击强度试 验结 果见 表 3 。 4结果分 析 4 1 早 期 塑性 收缩 开裂性 能 在混凝 土浇注后到硬化前的阶段 ，只有 2 0 - 2 5 的拌合水参与了水泥 的水化反应 ，剩余的水分 表 2 早期塑性收缩开裂试验结果 表 3 抗 冲击强度试验结果 会发生蒸发 和转移而产生收缩 ，这种收缩受到基 底 、 模板和钢筋框架等不同程度的约束后在混凝土 内部产生 了拉应力 ， 而此时的混凝土仍处于塑性 阶 段 ，尚未产生足够的抗拉强度来抵抗此拉应力 ， 因 此 ， 混凝土不可避免地会产生不同程度 的早期塑性 收缩裂缝 。环境温度和混凝土 自身的温度越高 ， 环 境湿度越低 ， 空气 流动速度越 大 ， 混凝土 内部 的水 分蒸发和转移就越快 ， 产生早期 塑性收缩裂缝 的现 象也就越严重 。 掺入纤维后 ， 大量的纤维乱向均匀分布在混凝 土 中 ， 犹 如 在 混 凝 土 中布 置 了 大量 的微 细 筋 ， 形 成 了密集 的三维乱 向支撑体系 ，起到 了牵制约束作 用 ， 使得混凝土早期塑性收缩裂缝在产生过程遇到 纤维 的阻挡 ， 并消耗 了能量 ， 裂缝 的产生和发展受 到了一定 的阻力。 从测试结果( 表 2 ) 可看出， 纤维的 加入延缓 了第一条裂缝 出现的时间 ， 且随着纤维掺 量 的增加 ， 第一条裂缝出现的时间更加延迟。 另一方面 ， 混凝 土产生的裂缝进一步发展过程 中遇到纤维时 ， 纤维可以部分或全部抵消裂缝尖端 形成 的应力 ， 阻止裂缝的进一步发展 。从测试结果 ( 表 2 ) 可看 出， 裂缝 的最大宽度也随着纤维掺量 的 增加而减小。 纤维 的加入 ， 缓解和抑制了混凝土早期塑性收 缩裂缝的产生和发展 ， 可起到减少及细化裂缝 的作 用 。 随着纤维掺量的增加 ， 效果更明显。 从试验结果 可见 ， 纤维掺量为 0 6 k g m 3 , 0 9 k g m 、 1 2 k g m 时， 其 抗开裂性能 比分别为 4 9 2 、 7 4 8 、 9 0 1 。 4 2 抗冲击强度 由于纤维乱 向均匀分布在混凝土的各个部位 ， 抑 制 和减 少 了 昆 凝 土 的早 期 塑性 收 缩 裂缝 ， 从 而提 高了混凝土内部介质 的密实性和连续性 。试件受外 力 冲击时纤维可吸收冲击荷载所产生的动能 ， 使得 试件的抗 冲击韧性得到了提高。同时 ， 纤维与水泥 基材料有较强的粘结力 ，在混凝土受冲击破裂后 ， 纤维从水泥基材料 中拔 出、 脱离 ， 脱离后被拉长 ， 这 一 过 程 要 吸收 较 大 的能 量 ， 混凝 土 断 裂前 首 先 要 消 耗这一部分 的能量 ， 因此 ， 纤维 的加入 大大提高 了 水泥混凝土的抗冲击强度 。 由测试结果 ( 表 3 ) 可见 ， 试 件的抗 冲击强度 随着纤维掺量 的增加有 明显提 高 ， 纤维掺量为 0 6 k g m 、 0 9 k g m 、 1 2 k g m 时， 与基 准混凝土相 比，试件的抗 冲击强度分别提高了 1 2 倍 、 1 5倍、 1 7倍 。 5结语 大量 的 工程 实践 和 试 验 证 明 ， 在 混凝 土 中 掺人 纤 维是 克服混凝 土早期塑性收缩裂缝 的有效途径 之一 。纤维在混凝土 中形成的三维乱 向支撑体系 ， 产生了一种有效的“ 次加强筋 ” 作用 ， 能较大幅度地 提高混凝土抗冲击性能。且掺加纤维对混凝土施工 工艺与设备无特殊要求 ， 易于操作， 已在公路 、 机场 道 面、 桥梁 、 隧道 、 矿井 、 水利 、 港 口等领域 中得到越 来越广泛的应用。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 6 2 0 通讯地址 ： 苏州市三香路 7 1 8号 联 系 电 话 ： 1 3 91 5 5 3 5 6 7 0 E ma i l ： s z _s h i f l s i n a c o m 4 9