纤维混凝土在工程中的应用研究.pdf

全国中文核 心期刊 钎 建蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 纤维混凝土在工程【 l 】 硇应用研究 张建锋 ( 西安文理学院， 陕西 西安7 1 0 0 6 5 ) 摘要 ： 研究了纤维混凝土在工程中的应用。 在掺入纤维后， 混凝土搅拌均匀， 泵送施工顺畅， 浇筑施工顺利， 达到了预期效果。 混 凝土 的保水性、 和易性均有所提高， 面层抹 压更容易掌握时间和保证质量 ， 同时解 决了表面起砂的通病 。施工完成后面层 尚未发现 有肉眼可见的裂缝。 纤维混凝土的2 8 d 抗压强度达到4 1 M P a 。 工程实践证明， 纤维混凝土能有效控制混凝土裂缝的开展， 避免面层 起壳 ， 是提高工程质量的有效措 施。 关键词 ： 纤维混凝土； 合成纤维； 抗裂性能； 工程应用 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 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 7 3 0 3 S t u d y o n a p p l i c a t i o n o f fi b e r c o n c r e t e i n p r o j e c t Z H A NG J i o n f e n g ( xi a n Un i v e r s i t y o f Ar t s a n d S c i e n c e ， Xi a n 71 0 0 6 5， S h a a n x i ， Ch i n a ) 混凝土中掺入纤维不但具有增强、 增韧的作用， 而且其阻 裂、 限缩， 可改善混凝土基体的孔结构， 提高混凝土的抗渗性。 然而不同的纤维对混凝土性能的影响程度存在差异，主要取 决于纤维的品种、 掺量、 长径比， 纤维在混凝土基体中的分布 情况， 混凝土的搅拌工艺以及混凝土受力情况等因素。 纤维在 混凝土中的分散性越好、 分布越均匀， 混凝土抗裂性能越强。 l 原材料 原材料的品质是纤维混凝土是否具有优异性能的前提。 因此， 在配合比设计时需慎重选择混凝土用原材料， 并将各种 原材料送检测站检测。 1 1 水泥 选用秦岭牌P 0 4 2 5 水泥， 标准稠度用水量2 7 5 ， 安定 性合格， 具体性能指标见表 1 。 表 1 水泥的性能指标 1 2 粉煤灰 选用陕西宝鸡第二发电厂品质优异、 性能稳定的 级低 钙粉煤灰， 其性能指标见表2 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 6 0 l 作者简介 ： 张建锋 ， 男， 1 9 5 9年生， 陕西西安人 ， 工程师 。地址： 西安市 太 白南路 1 6 8号西安文理学院基建处， E - ma i l ： f 0 8 0 7 1 5 1 2 6 t o m。 表 2 粉煤 灰的性能指标 1 3 矿粉 选用的 矿粉比表面积为4 6 9 m 2 k g ， 性能指标见表3 。 表 3 矿粉 的性能指标 1 4 外加剂 本项目 选用陕西长隆科技发展有限公司生产的C L P C E 聚羧酸系减水剂，减水率为2 2 ，性能指标符合G B 8 0 7 6 1 9 9 7 混凝土外加剂 要求。 1 5 骨料 本项目选用5 2 5 m i l l 连续级配的碎石及细度模数为2 5 的中砂。碎石的性能指标见表4 。 表 4 碎石 的性能指标 1 6 合成纤维 用于混凝土的合成纤维应在混凝土中快速均匀分散， 与 水泥基体有良好的粘结力并在碱性介质中有良好的耐久性， 本项目 选用尼龙单丝纤维、纤化聚丙烯纤维以及国产聚乙烯 醇基维纶纤维作比较。合成纤维的性能指标见表5 。 N E W BUI L DI NG MATE R I AL S 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张建锋 ： 纤维混凝土在工程 中的应用研 究 表 5 合成纤维的性能指标 纤维的抗裂性取决于纤维的长度和掺量，而纤维长度与 骨料尺寸有关，砂浆和普通骨料混凝土一般以2 0 m i l l 长为 宜， 大尺寸骨料应放大到3 0 4 0 m m。混凝土的抗裂性随纤维 掺量的增加而提高， 但其递增率并不呈线性关系。 本项目 纤维 掺量为0 6 0 9 k g m ， 时已有良 好的抗裂性。 掺入纤维后， 可使 数以千万计的纤维三维均匀地分布在混凝土内部，混凝土塑 性阶段干缩及冷缩所产生的表面裂缝一旦延伸到合成纤维即 可停止发展。 经比较研究， 最后选择了常州市天怡工程纤维有 限公司的纤化聚丙烯纤维用于纤维混凝土的生产。 2 配合比设计及试验研究 2 1 配合 比设计的理论基础 本研究配合比设计依据多组分混凝土理论，该理论将混 凝土组成分2 部分， 一部分为水泥混合砂浆， 一部分为石子。 胶凝材料、 砂子和其它组分的体积通过石子空隙求得， 从而可 定量地求得水泥、 矿渣粉、 粉煤灰和纤维的用量。得到混凝土 强度、 工作性、 耐久性与胶凝材料用量间确定的数字量化关 系。 利用这一理论， 通过掺加聚羧酸系高效减水剂提高混凝土 的和易性以及降低水胶比；通过掺加矿物掺合料改善混凝土 的流动性和微观结构； 通过掺加纤维改善混凝土的抗裂性。 以 电通量和抗裂性等指标来衡量纤维混凝土的耐久性。 2 2 纤维混凝土配合 比的确定及试验研究 本项目抗裂混凝土设计强度等级以C 3 0 为主， 为了保证 钢筋混凝土结构耐久， 当设计强度、 工作性、 水泥、 耐久 l ) ff 标 确定后， 初步求得配合比， 纤维的掺量取决于混凝土材料自 身 的组成、 养护环境的温度、 湿度及风速， 纤维混凝土在强制搅 拌机中搅拌， 保证纤维分布均匀。 2 2 1 工作性、 抗渗性及电通量试验 在保证强度的前提下，混凝土的抗渗性与电通量有较大 的关联。 通过比较流动性和耐久性( 2 8 d电通量) 指标， 调整外 加剂类型、 胶凝材料总量及比例等技术来改善纤维混凝土性 能。使用以上原材料， 掺加聚羧酸系减水剂配制 C 3 0 纤维混 凝土， 具体配比和性能测试结果见表6 。 表 6 C 3 0混凝土 的配 比和性能测试结果 由表6 可知，水胶比和胶凝材料总量都符合纤维混凝土 的要求， 但是C 3 0 3 组的2 8 d电通量大于 1 5 0 0 C ， 不符合设 计要求， 所以此配比不能被采用。 现场操作人员发现纤维混凝 土的施工性能优于普通混凝土。为了保证良 好的流动性及耐 久性要求， 其一， 可以提高减水剂的掺量， 减少用水量； 其： 二 ， 选用高性能减水剂， 保证良 好的流动性， 大幅度的减少混凝土 拌合用水， 提高混凝土密实性， 降低电通量， 达到纤维混凝土 技术要求。改进后的配比和性能测试结果见表 7 。 表 7 改进后 C 3 0混凝土的配 比和性能测试结果 由 表 7 可知， C 3 0 6 组混凝土的耐久性、 强度及抗渗性都 能满足设计要求， 2 8 d电 通量 1 1 2 0 C ， 满足电通量耐久性要求。 纤维会影响混凝土的电通量，对流动性也存在一些负面影响， 但对强度影响不大， 特别对混凝土后期的强度几乎没有影响。 2 2 2 塑性收缩开裂试验 纤维可大幅度提高混凝土的抗裂性，塑性收缩开裂性能 7 4 新型建筑材料 2 0 1 1 9 是混凝土防裂效果的重要表现形式之一。利用风扇产生一股 稳定的温暖气流达到指定的蒸发率，使混凝土快速发生塑性 收缩，针对掺加纤维与不掺加纤维的混凝 塑性开裂效果进 行对比， 纤维掺量分别取0 3 、 0 6 、 0 9 k g m 进行试验。 结果表 明， 掺加0 _ 3 、 0 6 k r： m 纤维后， 混凝土的开裂面积比不掺纤维 的混凝土分别减小4 0 、 7 0 ，当纤维掺量增加到0 9 k g m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张建锋： 纤维混凝土在工程中的应用研究 后，混凝土的塑性开裂面积比基准混凝土的减小了8 5 ， 若 再增加纤维掺量， 减小混凝土开裂空问已较小。 纤维掺量的增 加对混凝土的工作性会带来一定的负面影响， 因此， 选择纤维 掺量为 0 9 k g m 。 2 2 - 3 干燥收缩开裂效果试验 为了控制和减少由于混凝土材料自身应力而引起的裂 缝，采用纤维混凝土和普通混凝土进行了平行对比试验： 其 一 ，采用常规级配拌制的混凝土进行 1 0 m l m面层的浇筑； 其二， 采用掺入纤维的混凝土进行 1 0 re x 1 m面层的浇筑。二 者都是一次浇筑 1 0 m长度， 并采用相同的施工方法和同等的 养护条件与时间。经3 0 3 5 持续高温2 0 d 后进行比较， 前 者用肉眼能观察到的裂缝有 1 8 条， 后者未发现裂缝； 随即进 行泼水观察， 前者观察到的微细裂缝有6 5 条， 后者仅 2 0 条， 掺纤维的面层中裂缝减少了 近7 0 。 纤维能够较好的改善混 凝土的开裂性能。这可能是由于纤维具有亲水能力和巨大的 比表面积，有效地阻止了混凝土的塑性收缩开裂和早期的收 缩开裂， 大大地减少了混凝土早期的缺陷， 提高了混凝土的抗 裂性， 改善了混凝土的耐久性。在设计、 建设、 监理、 施工等单 位人员组成的裂缝观察小组观察后一致同意在抗渗混凝土中 全部使用纤维混凝土。 3 工程应用 3 1 工 程概 况 西安文理学院第二教学楼工程占 地 3 6 5 6 8 I n 。 ， 总建筑面 积6 4 6 1 0 m 。其中教学主楼为框架结构， 地上 l 2 层， 地下2 层， 建筑高度为5 6 8 5 m ， 建筑面积2 4 1 2 7 m 。教学裙楼为框 架结构， 地上 5 层， 地下 1 层， 建筑高度为2 0 9 5 m ， 建筑面积 4 0 4 8 3 m 。教学主楼、 裙楼抗震设防烈度为8 度； 建筑防火类 别为高层一级， 建筑物耐火等级为一级； 建筑结构使用年限等 级为二级5 0年， 地下设人防工程： 人防总面积3 0 3 4 m ( A区 1 8 0 0 m ， D区 1 2 3 4 m ) 防护等级六级二等。主要受力结构设 计采用纤维抗裂混凝土。 3 2工程施 工 3 2 1 生产环节 在纤维混凝土生产过程中采取了以下措施： ( 1 ) 采用了双卧轴强制式搅拌机( 强制式搅拌机优于自 落 式) ； ( 2 ) 搅拌时间需延长至 1 ra i n以上； ( 3 ) 采用中粗砂， 石子为连续级配， 含泥量控制在 2 以 下； ( 4 ) 混凝土要求振捣密实， 为此配备了插片式振动机和手 提式平板振动机； ( 5 ) 养护须 1 0 d以上， 冬季采用蓄湿保温养护， 平时采用 浇水养护。 3 2 2 施工环节 在掺入纤维后， 混凝土搅拌均匀， 泵送施工顺畅， 浇筑施 工顺利， 达到了预期效果。混凝土的保水性、 和易性均有所提 高， 面层抹压更容易掌握时间和保证质量， 同时解决了表面起 砂的通病。 施工完成后面层尚未发现有肉眼可见的裂缝。 纤维 混凝土的2 8 d 抗压强度达到4 1 M P a 。 3 2 3 工程验收 该工程于2 0 0 8 年4 月6日开工，在A 、 B 、 C三区全现浇 框架结构部位、 D区全现浇框架剪力墙结构部位、 基础钢筋混 凝土筏板基础工程、 地下室为剪力墙结构部位、 消防蓄水池工 程、 生活蓄水池水箱工程重点部位均采用纤维抗裂混凝土。 强 度包括C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 各等级。经过质检部门检测， 各项指标 均达到设计要求， 于2 0 1 0 年 1 2 月2 6日 通过竣工验收。 4 结语 掺入纤维可有效改善混凝土内部结构，减少混凝土的内 外部缺陷，解决混凝土塑性开裂，大幅度减少混凝土的微裂 缝。本项目采用多组分混凝土理论指导纤维防裂混凝土的配 制， 在西安文理学院第二教学楼工程取得了良好的应用效果。 A ( 上接第 5 0页) 参考文献 ： 1 马慧丽 一种多功能混凝土实心砌块 的实验研 究及 理论分析 D 沙： 长沙理工大学， 2 0 0 4 2 】 李宇 ， 孙恒虎， 赵永宏， 等 水淬渣的胶凝活性及其形成机理I J 1 过 程 工程 学报 ， 2 0 0 7 ， 7( 1 ) ： 7 9 8 4 f 3 】 任素梅， 朴英姬 ， 姜延杰 ， 等 锰渣 生产保温 小型空心砌块 的方法 J 1 墙材革新与建筑节能 ， 1 9 9 7 ( 6 ) ： 2 1 2 3 4 闰振 甲， 何艳君 工业废渣 生产 建筑 材料实用技术 M 北京： 化学 工业出版社， 2 0 0 2 5 陈会 娟 ， 陈滨 多孔建筑材料热湿传 递过程 的研究 J 暖通空调 ， 2 0 0 4， 3 4( 1 1 )： 2 4 2 9 6 V a n A r s d e l W B A p p r o p r i a t e d i f f u s i o n s c a l c u l a t i o n f o r f a l l i n g r a t e p h a s e c h a n g e o f d r y i n g 叨T r a n s A I C h E ， 1 9 4 7 ， 3 6( 1 ) ： 1 3 1 4 A N E W BUI L DI NG M ATE RI A L S 7 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m