纤维混凝土抗压强度与电阻率相关性试验研究.pdf

2 0 1 5 年 第 7期 (总 第 3 0 9 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 7 0 0 3 纤维混凝 土抗压 强度 与 电阻率相 关性试验研 究 元成方 。 赵卓。 。 李晓红 ( 1 郑州大学 土木工程学院， 河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ； 2 宁波工程学院 ， 浙江 宁波 3 1 5 2 1 1 ； 3 河南省水利科学研究院， 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ) 摘要： 选取了 6 种常用的工程纤维， 开展纤维混凝土电阻率测试与抗压强度试验， 研究分析纤维品种及龄期对混凝土抗压强 度和电阻率的影响， 建立纤维混凝土抗压强度和电阻率的定量关系。 研究结果表明： 掺入不同品种的纤维后 ， 混凝土的抗压强度 和电阻率均有不同程度提高， 纤维 自身的弹性模量和抗拉强度对混凝土抗压强度影响显著。 混凝土抗压强度随电阻率的增高而 增大， 二者具有良好的非线性关系。 根据混凝土电阻率测试结果， 可对混凝土的强度发展趋势进行预测 ， 也可基于混凝土抗压强 度测试结果， 间接评价混凝土的混凝土损伤程度和钢筋锈蚀速率 。 关键词： 纤维混凝土；电阻率 ； 抗压强度 ； 相关性 中图分类号： T U 5 2 8 5 7 2 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 0 7 0 4 T e jn o f c o r r e l a t i o n b e t we e n c o mp r e s s i v e s t ren g t h a n d res i s t i v it y o f f i b e r r e i n f o r c e d c o n c ret e YUAN Ch e n g f a n g ， ZHAO Zhu o ， LIXi a o ho n g ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g ， Z ben g z h o u Un i v e r s i t y， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ， Ch i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d Ar c h i t e c t u r e ， Ni n g b o Un i v e r s i ty o f T e c h n o l o g y， Ni n g b o 3 1 5 2 1 1 ， Ch i n a ； 3 He n a n P r o v i n c i a l Wa t e r Co n s e r v a n c y Re s e a r c h I n s ti t u t e ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3， Ch i n a ) Abst r a c t： Th e r e s i s t i v i t y t e s t a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h t e s t o f fib e r r e i n f o r c e d c on c r e t e we r e c o n d u c t e d， a n d t h e e f f e c t s o f fib e r v a rie ti e s a n d a g e o n the c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d res i s t i v i t y we r e s tud i e d Th e n， the qu a n tit a t i v e c o r r e l a t i o n b e t we e n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d e l e c t r i c a l res i s t i v i ty o f t h e fi b e r c o n c r e t e wa s e s t a b l i s h e d T h e r e s u l t s s h o w tha t t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h and r e s i s ti v i t y o f di f f e r e n t v a r i e t i e s fib e r c o n c re a r e i mp r o v e d i n d i f f e r e n t d e g r e e， a n d t h e e f f e c t o f e l a s ti c mod u l u s a n d t e ns i l e s t r e n g t h o f the fi be r i t s e l f on c o mp r e s s i v e s t r e n g th o f c o n c r e i s s i g n i fic a n t l y The c o mp r e s s i v e s t r e n g th o f c on c re i nc r e a s e s wi th the i n c r e a s e o f r e s i s t i v i t y， wh i c h the t wo h a v e g o o d n o n l i n e ar c o rr e l a ti o n Ac c o r d i n g t O t h e t e s t r e s u l t s o f c o n c r e m r e s i s t i v i ty， t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h d e v e l o p me n t o f c o n c r e t e c a n b e p r e d i c t e d， a l s o the d a ma g e d e g r e e o f c o n c r e t e o r s t e e l c o rro s i o n r a t e c a n b e e v a l u a t e d b a s e o n the t e s t r e s u l t s o f c o n c r e s t r e n g t h K e y wo r d s： fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e m； e l e c t ri c a l r e s i s t i v i ty； c o mp r e s s i v e s tr e n g t h ； c o r r e l a t i o n 0 引 言 纤维不仅能够有效抑制混凝土的收缩开裂， 同时还可 改善混凝土的力学性 能， 因而在工程 中的应用 日益广泛 。 与钢纤维相 比， 合成纤维 和植 物纤 维具有密度小 、 分 散性 好 、 耐酸碱腐蚀 、 与 波特 兰水泥相 容性好 、 成本 较低 等优 点 j 。 因此 ， 采用合成纤维或植物纤维对混凝 土进行增强 和改性具有 良好的应用前景。 围绕纤维混凝土力学性能和 耐久性能 ， 国 内外 已开 展 了大量研究 ， 然而针对 纤维 混凝土力学性能指标 与耐久性能指标相关性 的研究还很 缺乏。 混凝 土抗压强度是衡量混凝 土质量的综合指标 ， 混 凝 土电阻率是混凝土的一个重要 电化学参数 ， 可用 于表征 混凝土内部微观结构状态， 评价混凝土的渗透性。 如能建 立混凝土抗压强度与电阻率的定量关系 ， 则可借助混凝 土 电阻率来推断混凝土抗压强度发展趋势 ， 反之也可通过混 凝土抗压强度了解 混凝土 内部微观结 构状态及钢筋锈蚀 状况。 本试验选取了聚丙烯纤维 、 纤 维素纤维等六种 常用 的工程纤维， 开展纤维混凝土电阻率测试与抗压强度试 验 ， 研究分析纤维品种及龄期对t 昆 凝 土抗压强度和电阻率 的影响 ， 建立纤维混凝土抗压强度 和电阻率 的定量关 系。 1 试验概 况 试验采用河南天瑞 P O 4 2 5级水 泥 ， 掺合 料为洛 阳 首龙粉煤灰厂 级粉煤灰 ； 细骨料为信 阳河砂 ， 细度模 数 为 2 3 ， 粗骨料为新密碎石 ， 连续级配 5 2 0 m m； 水为郑州 市 自来水， 符合国家标准； 外加剂为山西黄腾化工有限公 收稿日期 ： 2 0 1 4 1 0 0 5 基金项 目： 国家自然科学基金项 目( 5 1 4 0 8 5 5 3 ) ； 河南省水利科技攻关项 目( G G 2 0 1 4 0 8 ) ； 河南省教育厅科学技术研究重点项 目( 1 4 A 5 6 0 0 0 9 ) ； 河南省 博士后科研资助项 目( 2 0 1 2 0 1 0 ) 一 7 - 龄 期 d 图3混凝土电阻率随龄期变化规律 由图 3可见 ， 混凝土 电阻率随龄期 的增 长而增大。 由 于混凝土可以看作是固相和液相两相组成的复合材料 ， 液 相是由不 同离子组成的导 电相 ， 而 固相则可以看成 是非导 电相。 随着水化反应的进行， 混凝土内部不断致密， 孔隙率 越来越小 ， 充满液相 的导 电空 间越来 越少 ， 所以导 电能力 随时间而下降 ， 即电阻率 曲线随龄期而上升 。 掺入不同品种 的纤维后 ， 混凝土 的电阻率均有不同程 度提高。 大量的细小纤维均匀分布在混凝土中并形成网状 结构， 有效抑制了混凝土早期塑性收缩裂缝和离析裂纹的 产生及发展 ， 降低 了混凝土微裂缝 的连通 性 ， 使得混凝 土 中的导电空间减少， 纤维混凝土的电阻率得以提高。 龄期 5 6 d 之前 ， A1 A 6 组混凝土的电阻率 差异很 小 ， 当龄期达 到 8 4 d时， 纤维品种对混凝土电阻率的影响效果才逐渐 显现。 聚乙烯醇纤维对混凝土电阻率的提高作用最为显 著 ， 聚丙烯单丝纤 维和聚丙烯 网状纤 维次之 ， 而纤维素纤 维和聚丙烯腈纤维对混凝土 电阻率 的提高相对较小 。 2 3 混凝土 电阻率与抗压强度相 关性 混凝土电阻率与抗压强度关 系曲线如 图4 1 0所示 。 由图4 1 0可见， 混凝土电阻率随抗压强度的增大而 增高 ， 二者具有 良好的非线性相关关 系( 相关系数均大于 0 9 7 ) 。 A 0 、 A1 、 A 2 、 A3 及A 6 五组混凝土 的抗 压强度随 电 电 阻率， f k n c m) 图4 A 0组混凝土抗压强度与电阻率关系曲线 电阻率 ( k f e ra) 图5 A 1组混凝土抗压强度与电阻率关系曲线 甜 越 憩 赠 1 0 2 O 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 电阻率 ( k f c m) 图6 A 2组混凝土抗压强度与电阻率关系曲线 电阻率， ( k n c m) 图7 A S组混凝土抗压强度与电阻率关系曲线 电阻率， ( k n c m) 图8 A 4组混凝土抗压强度与电阻率关系曲线 电阻率 ( k fl c m) 图 9 A 5组混凝土抗压强度与电阻率关系曲线 电 阻率 ( k a c m 1 图 1 0 A 6组 混凝 土抗 压强 度与 电阻 率关 系 曲线 阻率增高呈幂函数递增趋势， 即 Y =a x ， A 4 、 A 5两组混凝 土的抗压强度 随电阻率增 高呈指数 函数递 增趋势 ， 即) ， = 9 a x e一 ) 。 本试验结果表明 ， 根据混凝土 电阻率 的测 试结果 ， 可 对混凝土 的强度发展趋势进行预测 。 由于混凝土 电阻率 不 仅能静态地反映结构 昆 凝土的密实程度， 而且也能动态地 反映腐蚀环境下混凝土孔隙结构变化和有害离子渗入程 度及钢筋锈 蚀速率 ， 是 与混凝 土耐久性 相关 的重要参 数。 因此 ， 基于混凝土抗压强度测试结果 ， 借助抗压强度与 电阻率的定量关系， 还可间接评价混凝土的混凝土损伤程 度和钢筋锈蚀速率。 3 结 论 ( 1 ) 掺入不同品种 的纤维后 ， 混凝 土的抗 压强度均有 不同程度提高。 纤维 自身的弹性模量 和抗拉强度对混凝土 抗压强度影 向 显著。 ( 2 ) 掺入不同品种 的纤维后 ， 混凝 土的电阻率均有不 同程度提高。 随着混凝土龄期的增 长， 纤 维品种 对混凝 土 电阻率的影响效果逐渐显现 。 ( 3 ) 混凝土抗压强度随 电阻率 的增高而增大 ， 二者具 有良好的非线性关系。 根据混凝土电阻率测试结果， 可对 混凝土的强度发展趋势进行预测 ； 也 可基于混凝 土抗压强 度测试结果， 间接评价 昆 凝土的混凝土损伤程度和钢筋锈 上接第 6页 F 、 F 、 F 。 ( 2 ， 2 ) ， 说明因素 A( 钢纤维掺量) 、 B( 粗 骨料类型) 、 C( 粉煤灰替代率) 均不是影响轻骨料混凝土 抗初裂冲击次数的主要因素； 对于抗终裂冲击次数而言 F =1 8 5 2 7 2 F o 。 ( 2 ， 2 ) ， 它对轻骨料混凝土抗终裂冲击 次数 的贡献率为 9 7 1 ， 说 明因素 A是影响轻骨料混凝土 抗终裂 冲击 次数的主要因素 。 3 结 论 通过设 置四因素三水平的标准正交试验 ， 考察钢纤维 掺量 、 粗骨料类别和粉煤灰替代率对轻骨料混凝 土抗压性 能、 劈裂抗拉性能和抗冲击性能的影响， 可以得出以下结 论 ： ( 1 ) 粉煤灰替代率是影响轻骨料混凝土抗压性能的最 主要 因 素 ， 它 对 轻 骨 料 混凝 土 抗 压 强 度 的 贡 献 率 为 9 4 。 2 ， 轻骨料 混凝 土抗 压 强度 的最优 因素水 平组 合 为 A3 B1 C1 。 ( 2 ) 粉煤灰替代率和钢纤维掺蹙是影响轻骨料混凝土 劈裂抗拉性能 的主要 因素 ， 对轻骨料混凝土劈裂抗拉强度 的贡献率分别为 6 7 8 、 3 1 9 ， 轻骨料混凝 土劈裂抗拉强 度 的最优因素水平组合为 A ， B C 。 ( 3 ) 钢纤维掺量 、 粗骨料类别 、 粉煤灰替代率三个因素 的水平变化对轻骨料混凝： 七 抗初裂 冲击次数 的影 响程度 不显著 。 ( 4 ) 钢纤维掺量是影响轻骨料混凝土抗终裂冲击次数 的主要因素， 轻骨料混凝土抗冲击能力的最优 因素水平组 合是 A， B C 。 1 0 蚀速率 。 参 考文 献 ： 1 高贯鹏 高温后 P V AS H C C的力学性能与抗渗性能试验研 究 D 青岛： 青岛理工大学， 2 0 1 2 2 李学英， 马新伟， 韩兆祥， 等 聚丙烯纤维混凝土的工作性与力 学性能 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 5 ) ： 9 1 2 1- 3 3高丹盈， 谢晓鹏 在冻融作用下钢纤维混凝土的性能 J 工业 建筑， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 1 0 ) ： 6 5 6 8 4 闰长旺， 张华， 刘曙光， 等 P V A纤维水泥基复合材料氯离子浓 度分布规律的研究E J 混凝土， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 3 8 4 1 5 3赵卓， 赵军 工程结构耐久性 M 北京： 中国电力出版社， 2 01 2 1- 6 刘志勇 ， 詹镇峰0 昆 凝土电阻率及其在钢筋混凝士耐久性评价 中的应用研究 J 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 1 O ) ： 1 3 1 6 第一作者 ： 元成方( 1 9 8 3一) ， 男 ， 博士后， 讲师 ， 主要从事工程 结 构与材料耐久性研究。 联系地址： 郑州市郑州大学土木工程学院( 4 5 0 0 0 1 ) 联系电话： 1 3 8 3 8 3 9 8 6 1 9 通讯作者： 赵 卓( 1 9 7 0一) ， 男， 博士 ， 教授 ， 主要从事工程结构与 材料耐久性研究。 联 系电话 ： 1 3 9 0 3 7 1 0 2 4 5 参考文献： 1 王金晶 ， 刘志奇 ， 李彦军 新型轻骨料混凝土特性及发展1- J 混 凝土， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 6 5 6 6 2 3霍俊芳 ， 申向东 ， 崔琪 聚丙烯纤维轻骨料混凝土的力学性能 研究E J 混凝土， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 3 6 3 8 1- 3 3 G A O J M， S U N W， MO R I N O K Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d h i g h s t r e n g t h l i g h t w e i g h t c o n c r e m J C e m e n t a n d Co n c r e t e Co mp o s i t e s ， 1 9 9 7， 1 9： 3 0 731 3 4 董祥 ， 高建明 ， 吉伯海 纤维增强高性能轻骨料混凝土的力学 性能研究I- J 工业建筑， 2 0 0 5 ( 增T U ) ： 6 8 0 6 8 3 5 牛建刚 ， 李伯潇， 张缜 纤维增强轻骨料混凝土力学性能试验 研究 J 混凝土， 2 0 1 3 ( 1 1 ) ： 9 3 1 0 0 1- 6 3曾志 ， 胡云昌 钢纤维轻骨料混凝土力学性能的试验研究 J 建筑结构学报 ， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 7 8 8 1 7 霍俊芳， 申向东 ， 崔琪 钢纤维对轻 骨料混凝土力学性能的影 响 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 4 3 4 6 1- 8 陈峰 ， 陈欣 玄武岩纤维混凝土的正交试验研究1- J 福州大学 学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 4 ， 2 ( 1 ) ： 1 3 3 1 3 7 9 潘丽军， 陈锦权 试验设计与数据处理 M 南京 ： 东南大学出 版社， 2 0 0 8 第一作者 ： 牛建g U ( 1 9 7 6一) ， 男 ， 博士， 教授， 从事混凝土结构耐 久，性与结构可靠性研究。 联系地址： 内蒙古自治区包头市昆都仑区阿尔丁大街 7 号 内蒙 古科技大学建筑与土木工程学院( 0 1 4 0 1 0 ) 联 系电话 ： 1 3 6 6 4 7 3 8 0 0 6