耐碱玻璃纤维在混凝土中的增强效应.pdf

赵晶等 ： 耐碱玻 璃纤维在混凝 土中的增强效应 耐碱玻璃纤维在混凝土 中的增强效应 赵晶 ， 鲁红筠 ( 1 大连交通大学土木与安全工程学院， 辽宁大连1 1 6 0 2 8 ； 2 中国铁路物资上海有限公司。 上海2 0 0 0 7 1 ) 【 摘要】 通过加速养护制度， 预测纤维混凝土强度的长期发展趋势。研究分析了耐碱玻璃纤维混凝土在 标养下和热养下的强度发展规律， 评价了耐碱玻璃纤维在混凝土中的长期增强效应 ； 由扫描电镜的实验观测我们 发现， 耐碱玻璃纤维混凝土长期强度降低是由于纤维有破坏的可能。 【 关键词】 耐碱玻璃纤维 ； 热养护； 损伤； 强度 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 7 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 0 1 0 3 耐碱玻璃纤维混凝土最初被开发应用时是 以替 代石棉纤维为主要 目的， 仅 是开辟一种新型纤维材 料， 当时使用的中碱玻璃纤维， 在水泥中很快就被腐 蚀， 丧失强度。直到 1 9 7 0年英国发明了含氧化锆的耐 碱玻璃纤维， 才使耐碱玻璃纤维混凝土进入了实际应 用 。在混凝 土这 种脆 性 材 料 中加 入少 量 的玻璃 纤 维 就可以显著改善其力学性能。对于耐碱玻璃纤维混 凝土， 玻璃纤维在混凝土中能否长期保持其强度和韧 性是保证玻璃纤维增强增韧效果的关键所在， 在研究 和应用中人们发现了玻璃纤维在水泥基材料中的化 学侵蚀和脆化问题 ， 所以耐碱玻璃纤维在混凝土中的 长期增强效应 因关系到结构的使用寿命和 良好 的安 全可靠性而显得尤为重要。 1 原材料及养护条件 1 1 原材料 水泥 ： 4 2 5级普通硅酸盐水泥。 萘系高效减水剂： 减水率2 0 一 2 5 ， 掺量2 5 。 耐碱玻璃纤维： 圣戈班维特克斯公司生产 的短切 纤维， 含锆 I 6 ， 长度 1 2 ra m， 单丝直径 1 5 m， 弹性模 量 8 0 G P a ， 1 m 混凝土中掺 1 5 0 0 g 耐碱玻璃纤维。 1 2 养护条件 ( 1 ) 标准养护： 拆模后 的混凝土试件在温度为 2 0 3 的水中养护。 ( 2 ) 热养护 ( 加速老化) ： 试件在标准养护 3 d 后， 放人加热养护箱( 水养) ， 以每 6 h升温 1 O 的温度 梯度， 升到 6 O ， 保持 6 O 的恒温直到测试龄期。 2试验结果及分析 2 1 力学性能试验结果及分析 标准养护条件下混凝土力学性能见表 1 。 从试验结果可 以得出混凝土在标准养护条件下 的强度发展规律： ( 1 ) 掺了耐碱玻璃纤维的混凝土劈裂强度显著 ( 基金项目 国家自然科学基金资助项 目( 5 0 8 7 2 0 1 5 ) 提高， 3 d的劈裂强度增长率为 1 4 0 8 ， 并且随着标养 龄期的延长纤维的增韧作用加强， 当混凝土 1 8 0 d时纤 维混凝土较普通混凝土的劈裂强度增长 3 0 7 5 。 表 1 标准养护下混凝土强度 标养龄期 3 d 7 d 2 8 d 5 6 d 9 0 d 1 8 0 d 抗空 白混凝土 MP a 2 7 7 4 3 4 1 1 4 3 3 2 4 4 2 3 4 5 4 7 4 6 3 3 魇纤 维 混 凝 土 M P a 2 8 3 1 3 5 2 0 4 _4 4 8 4 5 1 8 4 6 4 o 4 6 7 6 度 强度增长萼 妻 2 0 5 3 1 9 2 6 7 2 1 5 2 o 4 1 3 6 2 0 6 2 1 7 2 7 7 3 2 3 3 3 9 3 4 8 2 3 5 2 6 5 3 3 0 3 8 7 4 2 1 4 5 5 1 4 0 8 2 2 1 2 l 9 1 3 l 9 8 1 2 4 1 9 3 0 7 5 冰 磐 毯 稍 养护时间， d 一 抗压强度一 劈裂强度 图1 耐碱玻璃纤维混凝土强度增长率 ( 标养 ) ( 2 ) 掺了耐碱玻璃纤维的混凝土抗压强度略有 提高， 抗压强度增长率在 3 以下 ， 说明掺加纤维主要 是提高了劈裂强度。 许多学者根 据 时温 理论 通 过混 凝 土加 速 老化 实 验方法来研究和预测混凝 土 的长期性 能 ， 由温度对 水 泥水化或浆体强度影响的 A = h e n i u s 方程来推测耐碱 玻璃纤维在混凝土中的使用年限。 本文采用混凝土 6 0 q C 热养护的方法来表征混凝 土长期性能。首先将混凝土试件标准养护 3 d后， 采用 梯度升温到 6 0 C热水养护。目的是通过加热养护来 2 低温建筑技术 2 0 1 1年第 9期 ( 总第 1 5 9期 ) 促进水泥水化 ， 预测混 凝土长龄期的性能。 表2 热养护下混凝土的强度 5 0 4 o 堡 3 o 斟 2 0 。 o 嘎一 l O - 2 0 加热时间， d 一 抗压强度 一 劈裂强度 图2 耐碱玻纤维混凝土强度增长率 ( 热养 ) 通过对混凝土热养护试验可以得到耐碱玻璃纤 维混凝土长期强度的发展规律 ： ( 1 ) 从加热养护与标准养护条件下混凝土强度 对比看到， 6 0 C热养护通过提高水泥的水化速度， 显著 提高混凝土的强度发展速率。热养护 1 d空白混凝土 抗压强度由2 7 4 4 M P a 提高到 4 7 。 8 8 M P a ； 纤维混凝土 抗压强度由2 8 3 1 M P a 提高到 4 8 5 8 MP a ； 劈裂强度的 提高幅度更大。 ( 2 ) 在热养护早期， 纤维混凝土强度大于空白 混凝土( 强度增长率大于零) ， 说明纤维的增强作用是 存在的； 在热养护后期 ( 1 6 2 0 d ) ， 纤维混凝土强度小 于空白混凝土( 强度增长率小于零) ， 说 明纤维有损 伤 ， 已失去增强作用 。 2 2 纤维损伤的微观分析 在耐碱玻璃纤维混凝土标准养护 2 8 d的试件 中取 样， 由S E M( 图3 ) 观测可以看到， 纤维在混凝土的碱性 环境下没有因化学溶蚀而破坏 ， 纤维表面附着了部分 产物， 在纤维周围分布着较多的 C H晶体， 纤维与水泥 浆体的粘结较为紧密。劈裂试验时纤维是从基体材 料中拔出的， 但纤维本身未发生破坏( 图4 ) 。 在耐碱玻璃纤维混凝土热养护试件 中取样 ， 从图 5看到 ， 热养护 1 0 d时纤维已经受到了化学溶蚀作用 和刻蚀 作 用 ， 纤维 表 面可看 到 溶蚀 产物 和刻痕 ， 与水 泥浆体的粘结也不再紧密； 从图 6中看到， 劈裂试验中 纤 维断裂破坏 ， 并且 断裂 面的特征 表明纤 维在受 到拉 应力破 坏前 ， 已遭 到 晶体产 物 生长 的挤压 损伤 ， 纤 维 图3 标准养护2 8 d 的纤维混凝土 图4 劈裂试验后的纤维混凝土 ( 标养2 8 d) 被 晶体产物刻蚀 。 图5 热养护 1 0 d 的纤维混凝土 图6 热养护2 0 d 的纤维混凝土劈裂试验 3结语 ( 1 ) 耐碱玻璃纤维掺加到混凝土中作为增强材 料， 混凝土劈裂强度显著提高。标准养护 1 8 0天时纤 维并无损伤。 ( 2 ) 热养护可以反映耐碱玻璃纤维混凝土的长 期性能 ， 耐碱玻璃纤维在混凝土中发挥了增强增韧作 用 ， 但后期仍有可能受在碱性环境下的化学溶蚀损伤 和水泥水化产生的晶体产物的物理刻蚀损伤。这表 明了耐碱玻璃纤维的“ 耐碱” 只是相对的， 水泥碱性环 境的长期化学腐蚀及晶体产物的刻蚀会使纤维失去 增强效应 。 武军录等： 磁铁矿混凝土早期收缩试验研究 3 磁铁 矿混凝土早期收缩试验研 究 武军录 ， 张津践 ( 浙江大 学建筑工程学院 杭州3 1 0 0 5 8) 【 摘要】 在同比例配合比的情况下， 研究了普通混凝土和磁铁矿混凝土早期收缩， 以及聚羧酸减水剂的掺 人对普通混凝土和磁铁矿混凝土早期收缩的影响。研究结果表明， 不掺减水剂时磁铁矿混凝土由于水泥掺量较 大， 早期收缩略大于普通混凝土的早期收缩； 掺加了减水剂后普通混凝土由于其内部毛细管产生了更大的压力而 引起更大的收缩， 而磁铁矿混凝土由于骨料的化学反应先产生膨胀后产生收缩。 【 关键词】 磁铁矿混凝土； 早期收缩； 聚羧酸减水剂 【 中图分类号】 T U 5 2 8 3 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 0 3 0 3 磁铁矿的化学成分为 F e O ， 是 F e O ， 和 F e O的复 合物， 呈黑灰色， 比重 4 85 3 ， 经过长期风化作用后 会变成赤铁矿， 用磁铁矿配制的重混凝土的表观密度 一 般为 3 2 0 0 3 8 0 0 k g m ， 是配制防 x射线、 射线混 凝土的良好骨料 。目前国内外对重混凝土的早期 收缩研究较少， 前苏联 A E 捷索夫研究得出各种混 凝土在干燥的大气 中放置 2 4 h中的收缩量 ， 其中磁 铁矿混凝 土的收缩 量为 5 0 01 0 。 一6 0 01 0 一m m， 而普通混凝土 收缩 量为 4 0 01 0 5 0 01 0 一m m， 略小于前者。减水剂是混凝土的第五组分 ， 它对混凝 土的早期收缩产生了影响。本文在同比例配合比条 件下 ， 研究了磁铁矿混凝土和普 通混凝 土的早期收 缩 ， 以及聚羧酸减水剂的掺入对磁铁矿混凝土和普通 混凝土早期 收缩 的影响 。 以前 国内外 对混凝 土的早期 收缩定 义很多 ， E H o t 和 M L e i v o 把混凝土从浇筑开始后的2 4 d作为早期 ， 这一时期的混凝土处在凝结硬化当中； 浙江大学钱 晓 倩教授研究发现 ， 随着水泥水化 ， 混凝土的干燥收 缩和自收缩在初凝后发展最快， 3 d以内发展较快 ， 之 后趋缓； G B T 5 0 0 8 22 0 0 9 普通混凝土长期性能和 耐久性能试验方法标准 中的早期收缩值则指混凝土 参考文献 1 亚当 内维尔 纤维增强水泥与混凝土 M 北京： 中国建筑 工业出版社 ， 1 9 7 5 2 李晓民 耐碱玻璃纤维道路混凝土的耐腐蚀性研究 D 哈 尔滨 ： 哈尔滨 工业 大学 。 2 o 0 3 ： 2 1 2 2 3 P P u m d l ， N R S h o r t ， C L P a g e ， A J M a j u m d a L M i c r o s t r u c t u r a l o b s e r v a t i o n s i n n e w m a rx g l a s s fi b r e r e i n f o r c e d c e m e n t J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0， ( 3 0 ) ： 1 7 4 7一l 7 5 3 4 Y u w a r a j M G h u g a l 。 S a n t o s h B D e s h m u k h P e rf o r m a n c e o f a l k a l i r e s i s t a n t gl a s s fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e J J o u r n al o f R e i n f o r c e d P 1 a s t i c s a n d C o m p o s i t e s ， 2 0 0 6 2 5 ( 6) ： 6 1 76 3 0 初凝至 3 d龄期测试得到的收缩值。本文研究的早期 收缩即是从混凝土初凝开始至龄期 3 d的收缩值。 1 原 材料 水泥 ： P O 4 2 5普通硅酸盐水泥， 杭州美亚水泥 厂生产 。 磁铁矿细骨料 ： 安徽铜陵产磁铁矿砂 ， 细度模数 3 1 ， 粗砂， 表观密度 4 0 1 0 k g m ， 磁铁矿细骨料及级配 曲线见图 l ； 磁铁矿细骨料化学成分 主要为 F e+ 3 0 ( O H) 、 F e S 和 S i O 2 。 磁铁 矿粗 骨料： 安徽 铜 陵产磁 铁矿 碎石 ， 5 3 1 5 m m连续 粒级， 堆 积密度 2 4 2 0 k g m ， 表观密 度 4t 2 0k g m 。 普通 细 骨 料： 河 砂， 细 度模 数 2 8 ， 表 观 密 度 2 58 0k g m 。 普通粗骨料： 石灰岩碎石， 最大粒径 3 1 5 m m， 表 观 密 度 2 6 3 0 k g m ； 普 通 粗 骨 料 化 学 成 分 主 要 C a 2 C O 3 等。 减水剂 ： Z WLP C (I ) 型绿色聚羧酸高性能减水 剂， 减水率 2 0 ， 推荐掺量为胶凝材料用量的0 6 ， 生产厂家为浙江五龙化工股份有限公司。 2 试 验方法 5 邓宗才 高性能合成纤维混凝土 M 北京： 科学 出版 社 ， 2 0 0 3 6 唐朝生， 施斌 ， 王宝军 基于 S E M土体微观结构研究中的影 响因素分析 J 岩土工程学报， 2 0 0 8 ， ( 4 ) ： 5 6 0 5 6 5 1 7 P u me l l a P， S h o r t N R。 P a g e C L P r e l i mi n a r y i n v e s t i g a t i o n s of t h e d i me n s i o n a l s t a b i l i t y o f S u p e r - c r i t i c a l l y c a r b o n a t e d g l a s s fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 2 ， ( 1 0 ) 收稿日期 2 0 1 I 一 0 6 2 4 作者简介 赵品( 1 9 6 4一) ， 女 ， 黑龙江齐齐哈尔人， 博士 教授 ， 主要从事 土术工程材料教学及科研工作 。