玻璃纤维轻骨料混凝土早期力学性能试验研究.pdf

全 国中文核心期刊 钎 鲤 魄 柑 中 国 科 技 核 心 期 刊 玻璃纤维轻骨料混凝土早期力学性能试验研究 徐丽丽 ， 申向东 ( 内蒙古农业大学， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 1 8 ) 摘要： 以内蒙古地区天然浮石为粗骨料， 通过对不同掺量玻璃纤维轻骨料混凝土力学性能的试验， 研究了玻璃纤维轻骨料混 凝土的抗压强度、 抗折强度及劈裂抗拉强度， 并得出玻璃纤维掺量为0 5 k g m 3 时， 轻骨料混凝土的抗压强度、 抗折强度和劈裂抗拉 强度比其它几种掺量下强度要高； 从微观 角度研究 了轻骨料混凝土破坏后纤维表面及纤维与浆体界面粘结情况 。 关键词： 玻璃纤维轻骨料混凝土； 抗压强度； 抗折强度； 劈裂抗拉强度 中图分类号： T U 5 2 8 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 1 l 一 0 3 Re s e a r c h f o r e a r l y me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f g l a s s fi b e r l i g h t we i ght a g g r e g a t e c o n c r e t e XU L i l i ， S HE N Xi a n g d o n g ( I nn e r Mo n g o l i a Agri c u h u r a l Un i v e r s i t y ， Ho h h o t 01 0 01 8， I n n e r Mo n g o l i a， Ch i n a ) Abs t r a c t ： B y u s i n g t h e na t u r a l p u mi c e s t o n e i n I n n e r Mo n g o l i a a s c o a r s e a g g r e g a t e ， t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， fl e x u r a l s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n gth o f g l a s s fi b e r l i ght w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e we r e s t u d i e d t h o u g h t e s t i n g t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e wi t h d i ffe r e n t d o s a g e o f g l a s s fib e r I t i s o b t a i n e d t h a t wh e n t h e a s s fi b e r d o s age i s 05 k g m3 ， c o mp r e s s i v e s t r e n gth， fle x u r al s t r e n gth a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n gth o f s l ass fi b e r l i ght w e i g h t agg r e g a t e c o n c r e t e a r e h i g h e r t h a n t h o s e w i t h o t h e r d o s a g e s F i b e r s u r f a c e a n d fi b e r s l u r r y i n t e r f a c e b o n d i n g s i t u a t i o n a f t e r d e s t r u c t i o n o f l i g h t w e i ght agg r e g a t e c o n c r e t e w e r e s t u d i e d f r o m t h e mi c r o s c o p i c p o i n t o f v i e w Ke y wo r d s ： s l ass fi b e r l i ght w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e ； c o m p r e s s i v e s t r e n g t h ； fl e x u r al s t r e n gth ； s p l i t t i n g t e n s i l e s t ren gth 轻骨料混凝土具有质轻、 隔热保温等诸多优异性能【 l 1 ， 但 抗拉、 抗剪强度较低， 影响了它的广泛使用。纤维的加入可以 提高混凝土的抗裂能力， 改善其抗冲击性能， 并能大幅度提高 混凝土的抗折强度， 降低其脆度系数2 1 。国外大量文献主要研 究了纤维混合对混凝土力学性能的影响规律，同时还与纤维 尺寸、 外形、 性能及纤维混杂比例密切相关 。本文主要研究 玻璃纤维掺量对轻骨料混凝土的抗压强度、劈裂强度及抗折 强度的影响， 得出轻骨料混凝土在抗压、 劈裂及抗折情况下玻 璃纤维的最佳掺量。 1 试验 1 1 原材料 水泥： 冀东P 0 4 2 5 水泥， 其物理性能见表 1 ； 粗骨料： 内 蒙古锡林浩特市产浮石轻骨料， 其物理性能见表 2 ； 细骨料： 天然河砂，细度模数2 5 6 ，堆积密度 1 4 6 5 k g m ，表观密度 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( N01 O 7 6 2 0 o 2 ) ； 内蒙古 自治 区自然科学基金项 目( N O 2 0 o 9 MS 0 7 0 5 ) 收稿 E t 期： 2 0 1 2 0 2 2 5 作者简介： 徐丽丽， 女， 1 9 8 4年生， 内蒙古呼和浩特人 ， 硕士， 主要从事 混凝土耐久性研 究。通讯作者： 申向东， E ma i l ： n d s x d 1 6 3 c o rn。 2 6 4 5 k g m ， 含泥量 1 8 ， 含水率 1 9 8 7 ， 颗粒级配良好； 外 加剂： R S D 一 8 型萘系高效减水剂，掺量为3 时减水率2 0 ， 对钢筋没有锈蚀作用； 玻璃纤维性能指标见表3 ； 水： 自 来水。 表 1 P 0 4 2 5水泥 的性能指标 堆积密度 表观密度t h吸水率 筒压强度 压碎指标 ( k g m ) ( k g m3 ) MP a ， 1 2 试验方案 按照G B 厂 r 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法 要求， 抗压强度和劈裂强度试件尺寸为 1 0 0 m m x l O 0 m m x l O 0 m m ， 标准养护 3 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 1 d 、 2 8 d 、 9 0 d 后进行测试， 抗折 强度试件尺寸为 1 0 0 m m x l 0 0 m in x 4 0 0 m m 。 本试验采用 L C 4 0 强度等级普通轻骨料混凝土作为本实 N E W BUl L DI NG M AT E RI AL S l 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐丽丽， 等： 玻璃纤维轻骨料混凝土早期力争生 能试验研究 验的基准组混凝土，不同玻璃纤维掺量的轻骨料混凝土作为 试验组。 玻璃纤维掺量分别0 5 、 0 9 、 1 2 k g m 。 配合比设计中 仅改变玻璃纤维的掺量， 基准组混凝土配合比见表4 。 表 4 基准混凝 土的配合 比 1 3 试样制作 玻璃纤维轻骨料混凝土的制作要点是干拌， 将玻璃纤维与 轻骨料、 水泥、 砂子进行机械搅拌 1 2 m i n ， 然后加水和减水 剂， 再搅拌4 5 m i n 后装模， 最后在震动台上震动成型， 2 4 h 后脱模， 置于标准养护箱中养护。 干拌的目的是利用粗细骨料 间的摩擦使玻璃纤维均匀分散于粗细骨料中。 2 试验结果与分析 2 1 玻璃纤维轻骨料混凝土的抗压强度 ( 见表5 ) 表 5 玻璃纤维轻骨料混凝 土的抗压强度 由表5 可知， 9 0 d 时， 基准组轻骨料混凝土的抗压强度为 4 6 3 2 M P a ， 玻璃纤维掺量为0 5 、 0 9 k g m 。 的轻骨料混凝土抗 压强度分别为5 3 2 4 M P a 和4 9 2 0 M P a ， 比基准组轻骨料混凝 土提高了1 4 9 和6 2 ；当玻璃纤维增加到 1 2 k g m 时， 其 抗压强度比基准组轻骨料混凝土降低了1 2 7 。说明玻璃纤 维的掺量并不是越多越好， 而是有一个最佳掺量范围。 由表5 还可以看出， 随着养护龄期的增加， 玻璃纤维轻骨 料混凝土的强度整体呈现增长的趋势。玻璃纤维掺量为0 5 和0 9 k g m 时， 随龄期的增加， 轻骨料混凝土的抗压强度增 幅较大。 玻璃纤维掺量为0 和1 2 k g m ， 时， 随着龄期的增加， 轻骨料混凝土的抗压强度的增长较平缓。当试件达到7 d 龄 期时， 玻璃纤维轻骨料混凝土强度已经达到2 8 d 极限抗压强 度的6 8 以上。在9 0 d 时， 玻璃纤维掺量为0 5 k g m s 的轻骨 料混凝土的强度增加最为明显，养护时间的延长并没有减弱 其强度的增长， 说明玻璃纤维掺量为0 5 k g m 3 的轻骨料混凝 土比较密实， 玻璃纤维掺量较为合理， 为试验所得最佳掺量。 玻璃纤维掺量为 1 2 k g m 的轻骨料混凝土的抗压强度低于 基准组混凝土的强度，原因是纤维在混凝土中以三维乱向均 匀分布为主， 同时纤维也是一种非极性憎水材料， 分散性能较 差， 纤维掺量增多容易导致纤维成团， 影响纤维在混凝土中的 1 2 新型建筑材料 2 0 1 2 9 均 匀分 布； 同时， 纤维与 砂浆之间 的粘结 情况对混凝土的强 度 影响也很大网 。大量玻璃纤维的掺入将增加玻璃纤维的表面 积， 但是水泥浆体的质量不变， 因而造成水泥浆对纤维的包裹 不足， 影响两者的粘结效果， 从而影响其强度。 2 2 玻璃纤维轻骨料混凝土的劈裂及抗折强度 ( 见表6 ) 表6 玻璃纤维轻骨料混凝土的劈裂及抗折强度 由 表 6 可见， 随着玻璃纤维掺量的增加， 轻骨料混凝土的 劈裂强度先提高后降低，在掺量为0 5 k g m 时劈裂强度最 大。玻璃纤维掺量分别为0 5 、 0 9 k g m ， 的轻骨料混凝土3 d 劈裂强度比基准组轻骨料混凝土提高了3 9 9 和4 4 6 ， 2 8 d 劈裂强度比基准组轻骨料混凝土提高了2 1 9 5 F 5 3 。 这说 明玻璃纤维对轻骨料混凝土早期劈裂强度的影响更为明显。 由表 6 还可以看出， 玻璃纤维掺量分别为0 5 、 0 9 、 1 2 k g m 的轻骨料混凝土2 8 d 抗折强度比基准组轻骨料混凝土 提高了4 4 - 3 、 4 1 4 和 1 5 1 。 玻璃纤维的掺入提高了轻骨料混凝土的抗压强度、 劈裂 强度及抗折强度，其中劈裂强度和抗折强度提高的幅度比抗 压强度大， 其原因是纤维具有良 好的延性， 极限变形值大， 当 混凝土开裂时，纤维跨接在裂纹的表面，阻止裂纹的迅速扩 展， 因而劈裂和抗折强度有所提高。 2 3 玻璃纤维轻骨料混凝土抗压应力一 应变关系 曲线( 见图1 ) 6 O 5 O 。 。 。 2 0 l 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 应变值 图 1 玻璃纤维轻骨料混凝土的抗压应 力一 应变曲线 由图1 可知，不同掺量玻璃纤维轻骨料混凝土的应力一 应变曲线形状类似， 当压应力为0 0 6 ( r ( 图中箭头所示) 时， 应力一 应变曲线呈线性递增，当应力为0 6 1 O 时， 应 力一 应变关系开始非线性递长， 达到峰值应力后， 曲线随之下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐丽丽， 等： 玻璃纤维轻骨料混凝土早期力学性能试验研究 降； 当应力为峰值的4 0 左右时， 曲线趋于水平17 。与基准轻 骨料混凝土相比，玻璃纤维轻骨料混凝土的应力一 应变关系曲 线直线段较长。 由于轻骨料混凝土中含有玻璃纤维， 可在混凝 土的内部形成致密的结构，在很大程度上消除了过渡区的不 均衡性， 改善了混凝土的结构， 使玻璃纤维轻骨料混凝土的界 面粘结强度有所提高， 从而有效地提高了混凝土的韧性 。 玻璃纤维的加入，使得应力一 应变曲线的下降段更加平 缓规则， 更具有延展性， 增加了玻璃纤维轻骨料混凝土的压缩 变形能力9 1 。同时在试验过程中发现， 未掺玻璃纤维的轻骨料 混凝土试件从出现裂缝到完全破坏过程很短暂，中间没有缓 冲过程， 属于明显的脆性破坏。而掺加玻璃纤维后， 破坏过程 相对缓慢， 中间有明显的缓冲过程， 从裂缝里可以看到细丝状 的纤维贯穿于轻骨料混凝土中，混凝土试件显示出塑性破坏 的特征。未掺玻璃纤维的轻骨料混凝土力学性能要优于玻璃 纤维掺量为1 2 k g m 的轻骨料混凝土，由于掺入的纤维过 多， 导致纤维在混凝土中成团， 分散不均匀， 以致影响到轻骨 料混凝土的工作性能。 2 4 玻璃纤维轻骨料混凝土破坏后的 纤维一 浆体界面 ( 见图2 ) 一 一 图 2 纤维一 浆体界面的 S E M形貌 由图2 可见， 玻璃纤维掺量为0 5 k g m 的轻骨料混凝土 破坏后， 纤维发生断裂， 表明了玻璃纤维在混凝土受力变形过 程中的作用， 破坏面向内部扩展， 因此导致玻璃纤维脱粘或断 裂， 由此也就增加了轻骨料混凝土界面的抗剪性能。图2 ( a ) 中， 2 根纤维并列在一起， 纤维在混凝土分散不均匀， 导致纤 维与基体之间的粘结非常薄弱，由纤维的难分散性导致纤维 掺量越多， 这种情况越明显。从图2 ( b ) 中可以清楚的看出纤 维与水泥结合较好， 纤维与基体界面过渡区较小， 只是在图2 ( b ) 中， 纤维与基体交界处有明显的裂纹， 这是纤维在抵抗外 力时与浆体共同作用的结果。 同时纤维表面有些扭曲， 可见在 混凝土中纤维与混凝土基体之间的相互作用比较强烈，以致 在混凝土表面形成了扭曲和不平整的外观_ 1 删 。 图2 中， 轻骨料混凝土试件的破坏面处不见明显孔隙， 说明 玻璃纤维在最佳掺量下，不会导致混凝土内部细小气孔的增 加。若纤维掺量过多， 由于纤维与纤维之间的孔隙及纤维与浆 体的接触不够紧密，会导致试件在成型过程中引入大量空气， 造成试件表面出现大量的蜂窝状气孔， 混凝土试件的密实程度 下降， 随着龄期的增长， 试件内水分的蒸发， 混凝土强度下降。 3 结语 ( 1 ) 在轻骨料混凝土中掺加玻璃纤维可对拌合物起到套箍 的作用， 同时降低轻集料的沉降和混凝土表面的析水， 减小轻 骨料混凝土拌合物表面的分层离析程度， 提高混凝土粘聚性。 ( 2 ) 玻璃纤维掺量是影响纤维轻骨料混凝土劈裂抗拉强 度的重要因素， 在0 0 5 k g m 内， 掺量越大其劈裂强度越大。 无论是玻璃纤维轻骨料混凝土的抗压强度、 劈裂强度， 还是抗 折强度， 玻璃纤维的最佳掺量均为O 5 k g m 。 ( 3 ) 玻璃纤维轻骨料混凝土的强度与养护龄期的关系， 符 合一般混凝土的龄期对混凝土强度影响的规律。玻璃纤维掺 量合理的条件下， 养护龄期越长， 轻骨料混凝土强度越高。 ( 4 ) 从微观结构上看， 纤维的掺量直接影响混凝土内部结 构的致密程度， 在最佳掺量下， 混凝土较为密实， 混凝土的强 度发育最佳。 参考文献： 【 1 赵鹏飞 ， 华 巧巍 ， 杨 兆鹏 混 杂粗 纤维轻骨料 混凝土 的力学性能 及耐久性能的试验研究f J 硅 酸盐通报 ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 4 ) ： 8 5 2 8 5 6 2 】 霍俊芳， 申向东， 崔琪， 等 聚丙烯纤维对轻骨料混凝土力学性能 的影响【 J 1 硅酸盐通报， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 4 ) ： 7 0 0 7 0 4 【 3 S u n W， C h e n H S ， L u o X， e t o 1 T h e e f f e c t o f h y b ri d a n d e x p a n s i v e a g e n t o n t h e s h rin k a g e a n d p e r m e a b i l i t y o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e J C e me n t and C o n c r e t e r e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 1 ： 5 9 5 - 6 01 4 】 L i a o H B ， We n W， Wo n g G K L P r e p a r a t i o n a n d e h a r a c t e r i z a - t i o n o f Au S i O2 mul t i l a y e r c o mp o s i t e fil m s wi s h n o n- s p h e r i c a l A u p a r t i c l e s J A p p 1 P h y s A， 2 0 0 5 ， 8 0 ： 8 6 1 8 6 4 、 5 5 C h o S ， L i m H， L e e K S S p e e t r o - e l l i p s o me t r i e s t u d i e s o f A u T S i O 2 n ano e o m p o s i t e f i l ms J T h i n S o l i d F i l ms ， 2 0 0 5 ， 4 7 5 ( 1 ) ： 1 3 3 - 1 3 8 6 】 徐丽丽 ， 申向东 碳纤维轻骨料 混凝土抗 压性 能试验研 究 J 】 混凝 土， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 6 7 6 8 ， 9 8 7 】 王海龙 ， 申向东 轻骨料 混凝土 早期力 学性能的试验研 究 J 硅酸 盐通报 ， 2 0 0 8 ， 2 7( 5 ) ： 1 0 1 8 1 0 2 2 【 8 陈兵， 姚武， 吴科如， 等 受压载荷下碳纤维水泥基材料机敏性研 究 J J 建筑材料学报 ， 2 0 0 2 ， 5( 2 ) ： 1 0 8 一 l 1 3 9 杨雨 山， 石建军 ， 冯春林 轻骨料 碳纤维混凝 土受压应 力应变关 系试验研究【 J 南华大学学报 ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 2 ) ： 9 6 1 0 0 1 0 林 晖掺 P VA纤维混凝土 的力 学及变形性能研究 D 南京 ： 南京 航空航天大学， 2 0 0 6 A N E W BUI L Dl NG M AT ER I AL S 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m