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姚春梅等： 聚丙烯纤维对耐酸混凝土强度的影响 1 5 聚丙烯纤维对 耐酸混凝 土强度 的影响 姚春梅 ， 汪校强 ( 1 安徽水利水电职业技术学院 合肥2 3 0 0 1 1； 2 安徽省建设 工程勘 察设计研 究院 合肥2 3 0 0 01 ) 【 摘要】 文中对比研究了耐酸混凝土与掺加聚丙烯纤维的耐酸混凝土在相同温度下的抗拉强度， 抗压强 度， 以及在不同温度条件下的弹性模量性能。结果表明： 掺入聚丙烯纤维能有效的提高耐酸混凝土的抗拉强度， 但降低了其抗压强度与弹性模量。 【 关键词】 聚丙烯纤维； 抗压强度 ； 弹性模量 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 7 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 1 5 0 2 THE I NFECTI ON oF THE P OLYP ROPYLENE F I BER To THE S TRENGTH oF T HE AC) URI C CONCRETE Y AO C h u n me i ，WANG X i a o q i a n g ( 1 A n h u i Wa t e r C o n s e r v a n c y T e c h n i c a l C o l l e g e ， H e f e i 2 3 0 0 1 1 ， C h i n a ； 2 A n h u i G e o t e c h n ic a l I n v e s t ig a ti o n&A r c h i t e c tu r a l D e s i g n I n s t i tu t e ， H e f e i 2 3 0 0 0 1 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： T h i s a r t i c l e i n v e s t i g a t e t h e p r o p e rt y o f t h e t w o k i n d o f a c i d u r i e c o n c r e t e t h a t b e j o i n e d o r n o t the p o l y p r o p y l e n e fi b e r thr o u g h t h e e x p e ri me n t s i n d i ff e r e n t t e mp e r a t u r e T h e e x p e r i me n t c o n t a i n the t e n s i l e s tr e n g t h，t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d t h e c o mp r e s s i v e mo d u l u s o f e l a s t i c i t y T h e r e s u l t i n d i c a t e t h a t i f the r e w o u l d b e p o l y p r o p y l e n e fi b e r i n t h e c o n c r e t ， the t e n s i l e s e n g t h w i l l b e i mp r o v e d b u t the c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d the c o mp r e s s i v e mo d u l u s o f e l a s t i c i t y w i l l b e r e d u c e d Ke y wo r d s ： p o l y p r o p y l e n e fi b e r ； c o mp r e s s i v e s tr e n g t h； c o mp r e s s i v e mo d u l u s o f e a s t i c i t y 水玻璃耐酸混凝土优 良的耐酸性能， 使其在一些具有 高腐蚀性环境 中得到应用， 例如电解槽等结构。但它的抗 拉强度低， 易开裂 ， 韧性低等特点 ， 特别是在高温条件下耐 酸混凝土由于不均匀变形易引起的开裂缩短了它的使用寿 命 ， 也因而限制了它的使用。 在普通混凝土中加入纤维来使混凝土增强 、 增韧、 阻 裂， 取得了良好的效果。研究表明， 聚丙烯纤维能有效抑制 早期混凝土原生裂缝的发生和发展， 减少原生裂缝的数量 和尺度。高小健 研究表明掺聚丙烯纤维增加了裂缝数量 和开裂面积， 减小了混凝土早期开裂宽度； 研究 认为在 混凝土中掺入聚丙烯纤维可大大提高混凝土的抗 冲击韧 性， 并且在一定范围内， 抗冲击韧性随着纤维含量的增加而 增大， 当纤维含量为 0 9 k g m 时将提高 3 倍。对于纤维在 耐酸混凝土中的作用 ， 目前尚没有相关具体的研究报道。 文中在耐酸混凝土中加入低模量、 大变形的柔性聚丙 烯纤维， 通过试验考察其对耐酸混凝土强度性能的影响。 1 纤维耐酸混凝土强度性能的试验研究 1 1 原材料及配合比设计 试验采用铸石粉和氟硅酸钠混合拌制而成的胶凝物作 为粘结剂； 采用石英石( 晒干) 作为粗细骨料； 选用 自配改性 水玻璃分散剂； 纤维采用不同规格的聚丙烯纤维， 其性能见 表 1 。 黏结剂 ： 铸石粉和氟硅酸钠按照 1 1 9 ： 1 的比例混合拌 制而成； 砂子： 石英砂( 晒干) ， 颗粒直径为 1 O一4 O且； 粗集 料 ： 粒径为 1 5 2 0 m m， 0 0 4 m m的石英石碎石 ( 晒干) ； 分散 剂 ： 自配改性水玻璃 分散剂 ； 水玻璃 ： 密度为 1 4 1 4 4 g c m ， 模数为 2 8 3 0 。 表 1 聚丙烯纤维的基本性能 本次试验所采用的耐酸混凝土的质量配合比如下。混 凝土粉( 1 ) ： 水玻璃( 0 5 ) ： 减水剂( 0 0 4 ) ： F一1 ( 0 0 0 1 1 ) ： F 一 2 ( 0 O O 4 ) ： F一3 ( 0 0 0 2 5 ) ： 砂 ( 0 6 0 5 ) ： 石英 石 ( 粒 径 0 0 4 ram) ( 0 3 5 1 ) ： 石英石( 粒径 1 5 2 0 ra m) ( 1 7 5 4 ) 1 2 试验内容和方法 依次按照以下步骤制造成本次试验所需的耐酸混凝土 试块， 再进行相关的性能试验。 ( 1 ) 按配合 比称出石英石 ， 砂子， 聚丙烯纤维， 水泥， 减水剂， 水玻璃 的质量 ， 首先依次将 1 5 0 o2 0 O O mm和 1 6 低温建筑技术 2 0 1 2 年第 5 期( 总第 1 6 7 期) 0 0 4 m m粒径的石英石，石英砂( 1 O一 4 0目) ， F一1纤维( 长 2 8 0 0 m m) 倒入干燥的搅拌机中搅拌 ， 然后再将混凝土粉和 F一2纤维倒入进行搅拌。 ( 2 ) 将量取的水玻璃 ， F一 3纤维依次倒入干燥的 U J Z 一 1 5砂浆拌机中搅拌 9 0 s ， 再放入减水剂搅拌制成水玻璃溶 液 。 ( 3 ) 最后将水玻璃溶液倒入混凝土搅拌机中进行搅 拌 1 2 0 S ， 制成混凝土集料 ， 并将这些集料装入试模中振捣并 试件编号 图1抗拉强度 3 0 2 5 至 、2 0 1 5 营1 0 档5 O 抹平 ， 放人相对湿度 6 0 ， 温度 2 5 的养护室中 2 4 h后拆 模 ， 然后将这些试块放在养护室中进行养护 2 8 d 。本次试验 需制成试块 1 5 0 ram1 5 0 ra m3 0 0 ra m， 1 0 0 ra m1 0 0 ra m 1 0 0 m m， 1 0 0 m m1 0 0 m m 4 0 0 m m各若干个。 本次试验包括弯拉强度实验， 抗压强度试验， 弹性模量实 验均按照水工混凝土试验D L T 5 1 5 0 2 0 0 1 进行。 1 3 强度试验结果与分析 耐酸混凝土力学性能试验结果如图 1 和图3所示。 日 2 5 善 2 0 1 5 注 ：图1 一 图3 中， 口 加纤维的耐酸混土 不加纤维的耐酸混凝土 图 1 、 图 2所示分别为抗拉强度和抗压强度， 可以看出 在常温条件下纤维耐酸混凝土的平均抗拉强度为4 7 MP a ， 不掺纤维的耐酸混凝土平均抗拉强度为 3 4 5 b l P a ， 纤维耐酸 混凝土的抗压强度 比素耐酸混凝土的抗拉强度高 2 6 6 ； 与此同时纤维耐酸混凝土的平均抗压强度为2 3 4 MP a ， 素耐 酸混凝土的平均抗 压强度为 2 6 5 3 M P a ， 所以纤维耐酸混凝 土的抗压强度比耐酸混凝土的抗压强度略微降低。 混凝土破坏主要开始于一些混凝土内部存在的薄弱部 位。而这些薄弱部位主要是一些由于混凝土硬化收缩所产 生的不均匀收缩从而在混凝土内部的粗骨料与黏结剂 ， 粗骨 料与粗骨料之间的界面上产生的微裂缝。随着混凝土所受 抗拉应力的增加， 这些微裂缝将慢慢的变宽变长， 最终与其 他发展的微裂缝相贯通而形成混凝土的可见裂缝。并且这 些裂缝将随着拉力的增加而逐渐发展变宽， 直到混凝土被破 坏为止 。当在耐酸混凝土中加入聚丙烯纤维 ， 纤维将跨越 裂缝起到传递荷载的“ 桥接” 作用 ， 使微裂缝尖端应力集中 钝化 ， 约束裂缝的进一步扩展 ， 还可以抑制新裂缝的产生， 因 此提高了混凝土的抗拉强度 J 。 从理论上说在耐酸混凝土中加入少量的聚丙烯纤维可 以提高耐酸混凝土的抗压强度 ， 但本实验得出的结果却相 反。这可能是由于在耐酸混凝土中加入了过量的粗细纤维。 而这些纤维裹缚在粗细骨料的周围从而减少了凝结剂的体 积， 从而降低了骨料与水泥界面的黏结强度， 最终降低了混 凝土的抗压强度。 聚丙烯纤维水泥基材料混凝土抗压强度虽然有一定的 降低， 但聚丙烯纤维 的掺 人却大大提高了基体的抗 压韧 性 】 。从实验现象可以明显看出这一特性的变化。在受压 时普通的基体破坏时有明显的碎片和剥落现象， 而聚丙烯纤 维复合材料只出现一系列的细小裂缝且仍能保持较好的完 整性。这是由于在裂缝处混凝土将所受的拉力转移给了聚 温度 丙烯纤维而聚丙烯纤维具有较高的抗拉强度及变形能力从 而阻止了裂缝的近一步扩展。 图 3是耐酸混凝土在不同温度条件下的弹性模量。从 图 3中显示随着温度的升高， 混凝土的弹性模量( 包括纤维 耐酸混凝土， 和素耐酸混凝土) 逐渐降低且降低的幅度随着 温度的升高而增大。耐酸混凝土由 1 0 到 6 O 降低 7 ， 6 0 到 8 5 降低 7 7 ， 而纤维耐酸混凝土 1 0 到 6 o 降 低 4 6 ， 6 0 到8 5 E降低 5 5 。在相同温度条件下素耐 酸混凝土的弹性模量高于纤维耐酸混凝土的弹性模量。这 主要由于混凝土的弹性模量与纤维的弹性模量相差悬殊， 且 聚丙烯纤维的弹性模量低于耐酸混凝土的弹性模量。根据 复合材料理论得出复合材料的弹性模量公式如下 l7 J ： E k=E +7 o E f =E 1+( r 。 n一1 ) ( 1 ) 式中， E 为耐酸混凝土基材的弹性模量 ； 为耐酸混凝 土的体积率； 为聚丙烯纤维的弹性模量； 为纤维的体积 率； 。 为纤维取向系数。 二维乱向纤维 7 。=0 3 7 5 ， 三维乱 向纤维 叼 。=0 2 0 ； 1, 为 E f E =n 。 因此可得出弹性阶段的应力( )计算公式 ： =o r 1+( 田 。 n一1 ) ( 2 ) 式中， o r 为水泥基的拉应力； n ， 叼 。 ， 为同上。 纤维增强复合材料抗拉初裂强度( 茗 )的计算式为： 嚣= ： 1+( 。 7, 一1 ) ( 3 ) 式中， ：水泥基材料的抗拉强度 ； n ， 。 ， 同上。 由式( 1 ) 可明确地反映当掺入纤维的弹性模量低于耐 酸混凝土的弹性模量时， 耐酸混凝土的弹性模量将降低。弹 性模量是反映混凝土变形的一个重要方面， 弹性模量越小， 混凝土变性能力越好， 混凝土内部所受拉应力越小， 抗裂强 度越高， 初裂强度越高， 因此， 混凝土性能越好。这也正好与 ( 下转第 2 1页) I。 暑， ： ， 照瓤静 江俊浩等： 传统装饰符号在景观设计中的传承与创新 2 1 注入了新的生命力。 2 3 解构与整合 解构与整合 ， 是指将传统装饰符号的构成体系打 散、 分解， 再根据时代的审美意识 ， 在系统 内或系统之 间进行“ 异位” 、 “ 拼接” 、 重新“ 排列” 和“ 组构” ， 从而 创造出新的秩序和关系， 形成新的形态和表现语言。 这些分解与重组并非简单机械的组合与拼接 ， 也不是 “ 望文生义 、 断章取义” 式的“ 堆码” 与“ 罗列” ， 而是在 充分理解符号本身内涵的前提下重新进行有机的整 合 ， 起到新旧沟通的作用。在景观设计中应用这一规 律 ， 探索传统装饰符号新 的表现形式， 不仅 可以“ 剔 选” 某些传统装饰 的构件或片断， 在空间主题的指导 下 。 进行“ 缺省” 、 “ 拼接” 、 “ 组合” ， 还可以改变传统建 筑装饰语言约定俗成的位置和方向等， 把抽取出来 的 传统符号进行“ 旋转” 或“ 改变位置” ， “ 上下重置” 或 “ 左右互换” ， 以获得新的视觉装饰效果。例如， 彭一 刚先生在漳浦西湖公园的园林建筑设计中， 将双坡屋 顶解构成两部分并与重檐庑殿相互穿插， 构建出新的 建筑符号和秩序。 2 4 虚化与映射 虚化与映射 ， 是指在景观设计 中通过光纤、 激光、 电子屏、 反射材料等带有明显时代气息的材料与手段 将传统装饰符号反射、 虚化而虚拟在建筑表面、 水面或 地面上 ， 来营造传统与现代交相辉映的意境。反射材 料在这方面具有独特的效果， 它既有华丽高贵的美学 效果 ， 可树立现代高科技的形象； 又能有效地消除 自身 的沉重感 ， 强调体积的非实体性 。这种方式在当前 舞台设计中应用得较多， 景观设计中亦可以进行尝试。 3结语 创新是传承传统装饰符号之魂。传统装饰符号的 传承关键在于创新， 不论是对传统装饰符号的借鉴 ， 还 是对历史文脉的延续 ， 都强调用现代 的眼光重新审视 传统， 用原创性的形式与解读为传统艺术注入新的生 命力。提取传统装饰符号形成现代景观设计语言， 不 是单纯的组合或复制， 也不是重复传统审美， 而是一个 综合平衡现代与传统的过程 一古为今用， 既“ 收摄” 传 统的情感 ， 又不失当代 的审美。笔者撰文的 目的在于 抛砖引玉， 总结实践经验 ， 让现代景观设计中出现更多 熟悉而又新颖的传统装饰符号， 使之成为人们情感体 验的源泉， 从而营造具有地域特色的现代人居环境 ， 开 创具有时代精神的地域景观创新之路。 参考文献 1 罗伯特 文丘里 建筑的复杂性与矛盾性 M 周 颐译 北京： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 1 ： 5 2 郑志亮 ， 贾衍凤 谈多媒体艺术手段对传统艺术的独特表现 J 美术大观， 2 0 0 6 ， ( 1 2 ) ： 1 2 6 1 2 7 3 卢山宜居园林景观主题的提炼与营造 J 四川建筑科学 研究 ， 2 0 1 1 ， ( 3 )： 2 1 92 2 1 4 张峰试论现代建筑装饰设计中传统手法的应用 D 太原： 山西大学 。 2 0 0 7： 1 0 5 刘冠中国传统建筑装饰的形式 内涵分析 D 北京： 清华 大学 。 2 0 0 4 ： 5 1 5 2 6 郭玉山中国传统建筑装饰语言在现代设计中的应用 D 长沙： 湖南师范大学， 2 0 0 8 ： 7 9 - 8 0 7 蒋雪枫 现代建筑设计中传统装饰手法的运用 J 建材技 术与应用 ， 2 0 0 8 ， ( 7) ： 4 1 4 2 收稿日期】 2 0 1 2 - 0 1 一 o 5 作者简介 江俊浩( 1 9 7 9 一) ， 男， 浙江衙州人， 博士， 讲师， 从 事风景园林 、 城市建筑等方面的研究。 ( 上接第 l 6页) ( 2 ) 式、 ( 3 ) 式相对应。 2结语 加入聚丙烯纤维可以提高耐酸混凝土的抗拉强度 ； 加 入适量的聚丙烯纤维对于耐酸混凝土的抗压性能影响不 大， 但加入聚丙烯纤维的体积过大则会降低耐酸混凝土的 抗压强度； 加入聚丙烯纤维可降低耐酸混凝土的弹性模量， 且使弹性模量随着温度的升高而降低， 并且降低的幅度大 于不加聚丙烯纤维的耐酸混凝土。 参考文献 1 高小建 ， 等 减缩剂与聚丙烯纤维对混凝土早期收缩开裂的影 响【 J 沈阳建筑大学学报( 自然科学版) ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 5 ) 2 曹诚 ， 刘兰强 关于聚丙烯纤维对混凝士性能影响的几点认识 J 混凝土， 2 0 0 0 ， ( 9 ) ： 4 9 5 0 3 刘卫东 。 王依民 聚丙烯纤维的耐磨损及抗冲击性能的影响 J 混凝土， 2 0 0 5 ， ( 1 ) ： 4 3 4 4 4 P a r v i z S o r o u s h l a n S eco n d a r y r e i n f o r c e d A d d i n g e e l l u l o ec fi b e r s J C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 9 7 ， ( 6 ) ： 2 8 - 3 4 5 姚武， 李杰， 周钟铭。聚丙烯纤维对混凝土抗拉强度的影响 J 混凝土， 2 0 0 1 ， ( 1 0 ) ： 4 0 4 2 6 P r a s ed N u n n a ，V 1 R a m a k res h n a n ，J i m D1 S p e a k m m，P e r - f o r ma n c e c h a r a c t e r i s ti c s o f p o l y p rep y l e n e( mo n o fi l a m e n t ) fi ber r e - i n f o r e e d c o n e rc t e C P a p e r p r e s e n t ed a t t h e S e s s i o n N o l 1 4 。 “ Re c e n t De v e l o p me n t s i n F i ber Re i n f o ree d Co n c ret e ， Pa r t 1” 7 沈荣熹， 崔琪， 李清海。新型纤维增强水泥基复合材料 M 北京： 中国建材工业出版社， 2 0 0 4 ： 3 8 D L T S 1 5 0- 2 0 0 1 ， 水工混凝土试验规程 s 收稿日期】 2 0 1 2- 0 1 一 o 6 作者简介】 姚春梅( 1 9 8 2一) ， 女， 安微肥西人， 硕士， 研究方 向： 建筑材料 。