高铁梁面防水保护层C40细石纤维混凝土性能研究.pdf

2 0 1 4 年 第 2 期 (总 第 2 9 2 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL T EeHNOLOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 2 0 3 9 高铁梁面防水保护层 C 4 0细石纤维混凝土性能研究 黄志讲 ，周华新 ，崔巩 ，阳知乾 ( 江苏省建筑科学研究院有限公司 江苏博特新材料有限公司 ，江苏 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘要： 依据高铁梁面防水保护层 C 4 0 细石纤维混凝土技术要求 ， 对比研究 了网状聚丙烯纤维 、 聚丙烯腈纤维、 聚乙烯醇纤维 及纤维素纤维对混凝土抗裂性能及拌合物性能的影响。 试验结果表明： 网状聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维均存在各 自的局限性 ， 网 状聚丙烯纤维早期抗塑性开裂性能较差 ， 而聚丙烯腈纤维早期抗塑性开裂性能较好 ， 但严重影响混凝土施工性能 ； 短切纤维素纤 维在混凝土体系中很难搭接粗骨料和细骨料形成网络结构 ， 抗塑性开裂效果一般； 聚乙烯醇纤维分子结构中含有羟基 ， 能与水泥 水化产物发生反应 ， 亲水性强 ， 分散性好 ， 具有较好抗裂性能 ， 更适合用于高铁梁面防水保护层 C 4 0细石纤维混凝土。 关键词 ： 高速铁路 ；防水保护层 ；C 4 0 细石混凝土；抗裂纤维；塑性开裂 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 4 ) 0 2 0 1 4 2 0 4 S t u d y on p r o pe r t i e s o f w a t e r p r o o f p r o t e c t i v e l a y e r C 4 0 f i n e a g gr e g a t e c o nc r e t e f or h i g h s p e e d r a i l w a y s HU A N GZ h ij i a n g ， Z H OUH u a x i n ， C U I G o n g ， Y A NGZ h N i a n ( J i a n g s u I n s t i t u t e o f B u i l d i n g S c i e n c e C o ， L t d ， J i a n g s u B o t e N e wMa t e r i a l s C o ， L t d ， Na n j i n g 2 1 0 0 0 8 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： A c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e me n t s o f C 4 0 fi n e a g g r e g a t e c o n c r e t e t e c h n o l o g y o f w a t e r p r o o f p r o t e c t iv e l a y e r f o r h i 曲 s p e e d r a i l wa ys ， t h e i nflu e n c e o ft he r e t i c u l a t e p ol y p r o p y l e ne fib e r ， p o l y a c r y l o n i t r i l e fib e r ， p o l y v i n y l a l c o ho l fib e r a nd c e l l u l os e fi be r o n t h e p r o pe r t i e s o f c o n c r e t e a n t i c r a c k i n g p e r f o r man c e a n d wo r k a b i l i t y we r e s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e r e t i c u l a r p o l y p r o p y l e n e fi b er an d p o l y a c r y l o n i t r i l e fib e r h a d t h e i r l i mi t a t i o n s ， t h e r e t i c u l a t e p ol y pr o p y l e n e fib e r h a d l i t t l e e f f e c t o n c o n c r e t e wo r k a bi l i t y， b u t e a r l y p l a s t i c c r a c king r e s i s t a n c e p e r f o rm a n c e wa s v e r y po o r ， p o l ya c r yl o n i t r i l e fib e r e a r l y pl a s t i c c r a c k i n g r e s i s t an c e p e r f o r manc e wa s g oo d， b u t s e r i ou s l y a f f e c t e d t h e c o ns t r u c t i o n o f c o nc r e t e p e rfo r man c e S ho r t c e l l u l o s e fi be r i n t h e c o n c r e t e s ys t e m wa s d i ffic u l t t o l a p o f c o a r s e a g g r e g a t e an d fi ne a g g r e - g a t e t o for m n e t wo r k s t r u c t u r e， a n d pl a s t i c c r a c ki n g r e s i s t a n c e e f f e c t wa s n o t v e r y i d e a 1 Th e mol e c u l a r s t ruc t u r e o fpo l y v i n y l a l c o h o l fib e r c o n t a i n i ng h y d r o x y l ， c ou l d r e a c t wi th c e me n t hy d r a t i o n p r o d u c t s， po we r f u l h y dro p hi l y， g oo d di s p e r s i b i l i t y， h a d a g o o d c r a c k r e s i s t an c e ， S O mo r e s u i t a bl e f o r wa t e rpr o o fp r o t e c t i ve l a y e r C4 0 fi be r c o n c r e t e wi th fine s t o n e s K e ywo r d s ： h i 曲 s p e e d r a i l wa y s ； wa t e rpr o o f p r o t e c t i v e l a y e r ； C 4 0 fi n e a g g r e g a t e c o n c r e t e ； c r a c k i n g fi b e r ； p l a s t i c c r a c k i n g 0 引 言 国内外对合 成纤 维混凝 土的抗裂性能 和力学性 能已 经有很 多相关的研究 ， 为合成纤维混凝土的应用提供了 很多数据资料。 合成纤维混凝土 已经应用在世界范围内的 许多工程并且取得 了较好的效果 ， 由于它具有较好 的耐久 性 ， 能有效抑制早期塑性裂缝 的产生和发展 ， 在建筑工程 中的应用也是越来越广泛 。 高速铁路混凝土桥梁桥面防水层是提高桥梁结构耐 久性的重要技术手段， 保护层为了保护其下部防水层， 要求 混凝土不能出现早期塑性裂缝。 客运专线桥梁混凝土桥面 防水层暂行技术条件 ( 修订版) 科技基 2 0 0 7 】 5 6 号中明确 规定 ： C 4 0细石纤维混凝 土材料采用 聚丙烯腈纤维或聚丙 烯纤维网 。 研究表明阁 这两种纤维均存在各 自的局限性 ， 其 中聚丙烯网状纤维分散性相对较好 ， 但其早期抗塑性开 裂性能较差 ， 而聚丙烯腈纤维混凝土早期抗塑性开裂性能 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 8 - 0 8 1 42 较好 ， 但聚丙烯腈纤维的掺入导致混凝土工作性能严重下 降， 并容易结团， 分散性不好， 因此本试验详细研究了合成 纤维种类对混凝 土工作性能 、 力学性能及塑性开裂性能的 影响规律 ， 旨在提出更适用于客运专线防水保护层 C 4 0 细 石纤维混凝土的纤维 ， 并形成纤维混凝 土应用技术 ， 为以 后指导工程实践提供依据 。 1 原材料 与试验 方法 1 1 原材料 水泥 ： P I I 5 2 5 级水泥 ， 2 8 d抗压强度 6 O 2 MP a ， 其化 学 组成见 表 1 。 砂 ： 河砂 ， 级配符合 I I 区要 求 ， 细度模数为 2 6 。 粗骨料： 5 2 0 m m连续级配玄武岩碎石 。 粉煤灰 ： 需水量 比为 9 6 ， 比表面积为 3 8 5 r n 2 k g 。 矿粉采用 $ 9 5 级矿粉。 减 水剂 ： 减水剂采用江苏博特新材料有 限公 司生 产的P e A 聚羧酸减水剂 。 依据 客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 P l I 5 2 5级水泥化学组成 C a O S i O ： A 1 2 0 s F e 2 0 3 Mg O S O C 1 含量 碱含量 烧失量 不溶物 6 3 0 2 2 971 6 9 0 338 3 9 6 044 0 0 2 6 0 5 3 2 6 3 0 7 8 中规定， 兼顾抗裂性能及混凝土施工性能， 聚丙烯腈纤维长 度选 用 6 m m， 网状聚丙烯纤维长度为 1 9 m m， 并选用聚乙 烯醇纤维和纤维素纤维进行对比， 其性能参数如表 2 所示。 表 2 合成纤维特征参数表 1 2试 验 方 法 试验用配合比参照 客运专线桥梁混凝土桥面防水 层暂行技术条件 中 C 4 0 细石混凝土要求进行设计 ， 纤维 体积掺量均为 0 1 。 混凝土拌合物性能试验方法参 照 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 。 砂浆塑性开裂方法借鉴 S o r o u s h i a n和K r a a i 分别提出的关 于砂浆及混凝土早期塑性收缩裂缝 的测试方法 6 - 7 及 国家 建材行业标准 水泥砂浆抗裂性能试验方法 ， 引用刘加平、 李 长风等阎 提 出的砂浆塑性开裂测试方法 。 混凝土塑性开 裂试验方法参照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能 与耐久性能试验方法标准 。 2 试验 结果及 分析 2 1 混凝土拌 合物性能 根据 客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件 规定设计的 C 4 0 细石混凝土配合 比如表 3 所示 ， 新拌混凝 土工作性能及力学性能试验结果如图 1 、 2 所示。 表 3 铁路梁面防水保护层 C 4 0细石纤维混凝土试验配合比 昌 吕 、 皑 赠 7 0 0 6 0 0 1 0 0 O 基 准 网状 聚丙烯聚 丙烯腈 聚乙烯 醇 纤维 素 纤维 纤 维 纤维 纤 维 图 1 纤维种类对混凝土工作性能影响 合成纤维的掺人均影响新拌混凝土工作性能， 尤其是 扩展度经时损失非常明显， 其影响幅度因纤维种类不同而 存在差异。 其中聚丙烯腈纤维影响最大， 不掺纤维时新拌混 凝土扩展度初始可 达 5 8 0 m m( 具有 良好泵送施工性 能 ) ， 掺人聚丙烯腈纤维后基本无扩展度 ， 泵 送施工 非常困难 ， 7 0 6 O 5O 螽 。 皆 ， o 2。 1 。 O 基准 网状 聚 丙烯聚 丙烯腈 聚乙烯 醇 纤 维素 纤维 纤 维 纤维 纤维 图 2 纤维种类对混凝土力学性能影响 这主要是由于聚丙烯腈纤维直径较小， 容易结团， 表面吸 附 陛嫩较强会影响减水剂的分散效果 ； 其 中聚乙烯醇纤维 、 聚丙烯 网状纤维及纤维素纤维对混凝土工作性能影响相 对较小 。 合成纤维的掺入均影响混凝土抗压强度 ，掺入后 无论是 7 d 还是 2 8 d 抗压强度都有所降低， 其中聚丙烯网 状纤维对混凝土抗压强度影响最为明显， 2 8 d 抗压强度降 低了 2 6 。 2 2 砂浆塑性开裂试验 为 了更好地对 比分析合成纤维的抗塑性开裂能力 ， 根 据 1 - 2中试验方法， 设计了易开裂的砂浆配合比进行试验， 如表 4所示 ， 试验结果如图 3 、 4 所示。 表 4 塑性开裂试验砂浆配合比 水泥 儋 硅灰 儋 矿渣 儋 砂 儋 水 儋 减水剂 g纤维体积掺量 6 60 1 6 5 8 25 】98 0 6 6 0 9 9 O 1 图 3 纤维种类对砂浆裂缝宽度的影响 g 姜 随 图 4 纤维种类对砂浆裂缝面积的影响 合成纤维对砂浆塑性开裂均有抑制作用。 其中聚乙烯 醇纤维降低混凝土塑性开裂面积的幅度最大 ， 其次为聚丙 烯腈纤维和纤维素纤维 ， 网状聚丙烯纤维对 混凝土的塑性 开裂抑制作用最小 ， 这主要是 由于网状聚丙烯纤维在砂浆 中一部分 以网状分散 ， 另一部分 由于网状结构没有展开而 】 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 能力增强 。 5结语 本试验主要研究农村公路路面碾压混凝土的配合比 设计 、 工作性、 力学性能以及抗冲击性能， 研究表明： ( 1 ) 采用绝对体积法进行农村公路路面碾压混凝土配 合比设计， 通过试验结果分析 ， 提出了农村公路面碾压混 凝土配合比范围。 ( 2 ) 随着用水量 的增 加农村公路路面碾压混凝 土的稠 度增加 ； 当用水量和胶凝材料用量不变时， 随着砂率减小 ， 碾压混凝土稠度减小 ， 强度增加； 当砂率减小到一定程度 后 ， 碾压混凝土密实度和结构工作性变差 。 ( 3 ) 路面碾压混凝土中掺入一定量的粉煤灰， 可有效 改善农村公路路面碾压混凝 土的抗折 、 抗压强度和抗冲击 性能， 提高路面碾压混凝土的耐久性能。 参考文献： 1 1 V O R O B I E F F G ， WH I T A K E R C S t a t e o f t h e A R T o f R C C p a v e m e n t s i n A u s t r a l i a J 2 0 0 3 C I A C o n f e r e n c e ， B ri s b a n e ( J u l y ) 【 2 】陆国斌， 朱梦良 碾压贫混凝土基层配合比设计研究 J _ 公路交 通科技， 2 o o 7 ( 1 ) ： 1 - 3 上接第 1 4 1 页 超出了 J C T 9 4 5 -2 0 0 5 透水砖行业标准要求。 因此， 水灰比0 2 8 ， 硅灰掺量 5 ， 集料粒径级配 3 ： 1 ， 减水剂量 1 为最佳配合比， 则第 4 组配合比即为最优配合 比。 更进一步的说明在水灰 比为 0 2 8 ， 硅灰掺量 5 ， 集料 粒径级配 3 ： 1 ， 减水剂量 1 时， 生态护坡复合材料强度达 到最大值 ， 且保持较高的透水性 。 3结论 ( 1 ) 生态透水复合材料制备 、 养护和性能测试参照 J C T 9 4 5 -2 0 0 5 透水砖行业标准执行 。 ( 2 ) 最佳配合比为： 水灰比0 2 8 ， 硅灰掺量 5 ， 集料粒 径级配 3 ： 1 ， 减水剂量 1 ， 其生态护坡复合材料的强度达 到最大值 ， 其透水率达到 1 2 c m s 以上。 ( 3 ) 硅灰和减水剂的加入改善了生态护坡材料拌合物 的和易性和提高了材料的力学性能。 参考文献： 【 l 】 康文星 ， 吴耀兴 ， 何介南 ， 等 城市热岛效应的研究进展 J J 中南 上接第 1 4 5页 1 0 R O M U A L D I J P ， M A N D E L J A T e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e a ff e c t e d b y u n i f o r ma l y d i s t ri b u t e d a n d c l o s e l y s p a c e d s h o r t l e n gth s of w i r e r e i n f o r e e m e n t J A C I J o u r n a l P r o c e e d i n g s ， 1 9 6 4 ， 6 1 ( 6 ) ： 6 5 7 - 6 7 0 【 1 1 T A N D O N G P ， WE N G J A v e r a g e s t r e s s i n t h e m a t ri x a n d e f f e c t i v e mo d u l i of r and o ml y o ri e n t e d c o mp o s i t e s J c o mp o s i t e S c i T e c h， 1 9 8 6 ( 2 7 ) ： 1 l I - 1 3 2 【 1 2 Z H A O Y H， T A N D O N G P ， WE N G G J E l a s t i v mo d u l i f o r a c l a s s o f p o r o u s m a t e ri a l s J A c t a Me c h a n i c a ， 1 9 8 9 ( 7 6 ) ： 1 0 5 - 1 3 0 3 J T G F 3 1 Y - 2 0 0 3 ， 公路水泥混凝土路面施工技术规范f s 1 北京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 3 4 董祥 碾压混凝土在我国道路建设中的意义及工程应用f J _中国 港湾建设， 2 0 0 7 ， 1 5 1 ( 5 ) ： 2 0 2 2 5 】关磊， 李建才， 李文轩 路面用碾压混凝土配合比设计的研究 混凝土 ， 2 0 0 0 ( 6 ) ： 4 2 4 3 6 】 姚佳良 ， 吴雄飞 ， 袁剑波 ， 等 基层碾压贫混凝土配合比设计 及 施工质量控制研究 J J 公路， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 1 5 2 1 5 6 【 7 J T G D 4 0 - - - 2 0 1 1 ， 公路水泥混凝土路面设计规范【 s 】 _ 京 ： 人 民 交通出版社， 2 0 1 1 8 J T G E 3 1) - - 2 0 0 5 ， 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程【 s 北京： 人民交通出版社 ， 2 0 0 5 【 9 】吴刘中 粉煤灰碾压混凝土在高等级路面工程中的应用 j 建材 技术与应用， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 1 - 3 。 【 1 O 】 苏祥宾 J J 公路， 1 9 9 4 ( 6 ) ： 1 6 1 9 作者简介： 联系地址 联系电话 ： 刘大超( 1 9 5 4 一 ) ， 男， 教授， 硕士生导师， 全国混凝土协 会理事。 重庆市南岸区学府大道 6 6号 重庆交通大学土木建 筑学院( 4 0 0 0 7 4 ) 1 3 8 08 3 2 6 64 4 林业科技大学学报， 201 1 ， 3 1 ( 1 ) ： 7 0 7 6 【 2 1 马瑞强， 李强， 刘兰 透水性水泥混凝土的制备与应用展望 J 】 科 技情报开发与经济， 2 0 0 7 ， 1 7 ( 8 ) ： 1 2 7 1 2 9 ： 【 3 3 P O O N C ， C H A N D E f f e c t s of c o n t a m i n ant s o n t h e p r o p e r t i e s of c o n - c r e t e p a v i n g b l o c k s p r e p a r e d w i t h r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e s J C o n s t r u c t i o n and B u i l d i n g M a t e ri al s ， 2 0 0 7 ， 2 1 ( 1 ) ： 1 6 4 1 7 5 4 T A B S H S W， A K M A L S ， e t a H n f l u e n c e o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e s o n s t r e n gt h p r o p e r t i e s of c o n c r e t e J C o n s t r u c t i o n and B u i l d i n g Ma t e ri al s ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 2 ) ： 1 1 6 3 1 1 6 7 5 王波， 城市广场生态物理环境与透水性铺装的研究及应用 D 南京： 东南大学， 2 0 0 4 作者简介 ： 联系地址 联系电话 ： 郭远臣( 1 9 8 2 一 ) ， 男， 副教授， 博士， 主要研究方向： 绿 色建材结构损伤控制、 材料循环研究。 重庆市万州区沙龙路二段 7 8 0号 重庆三峡学院 土木 工程 学院 ( 4 0 4 1 0 0 ) 1 5 0 25 5 7 6 0 96 【 l 3 】 沈荣熹 新型纤维增强水泥基复合材料 M E 京： 中国建材工业 出版社 ， 2 0 0 4 作者简介： 联系地址 ： 联系电话 黄志讲( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 从事高J 性能混凝土与工程纤维应 用研究。 南京市江宁区秣陵街道醴泉路 6 9号 5幢纤维车间 ( 2 1 0 1 1 1 ) 0 2 5 5 2 7 05 91 2 1 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m