聚丙烯纤维对路用混凝土强度及收缩性能的影响.pdf

第 1 4卷第 1期 2 0 1 1年 2月 建筑材料学报 J OURNAL 0F B UI LDI NG MATERI AL S Vo 1 1 4， No 1 Fe b ， 2 0 11 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 1 3 2 0 4 聚丙烯纤维对 路用混凝 土强度及收缩性 能的影 响 薛志超 ， 李 林。 ( 1 同济大 学 交 通 运输工 程学 院 ， 上海 2 0 1 8 0 4 ； 2 山东 省交 通厅公 路局 ，山东 济南 2 5 0 0 0 2 ； 3 上 海 隧道工 程股份 有 限公 司 博 士后 工作 站 ，上海 2 0 0 0 8 2 ) 摘 要 ： 在 路 用混凝 土 中掺 不 同掺 量 的聚 丙烯 纤 维 ， 然后 分 析 混凝 土 流 动性 、 抗 压 强度 、 抗折 强度 及 收 缩性 能的 变化 结果表 明 ： 聚 丙烯 纤维 掺 量越 大 ， 混凝 土拌 和 物 坍 落度 降低 越 明 显 ； 与 未掺 聚 丙烯 纤 维混凝 土相 比 ， 掺 1 0 ， 1 5 ， 2 0 k g m。聚 丙烯纤 维混凝 土 的 2 8 d抗 压 强度 分 别提 高 4 1 ， 1 7 0 和 6 9 ， 2 8 d抗折 强度 分别 增 加 1 1 4 ， 2 4 3 和 2 6 1 ， 而 2 8 d收缩 量 则 分 别减 小 了 1 6 0 ， 2 O 9 ， 2 9 8 0A 关 键词 ：混凝 土 ；聚 丙烯 纤维 ；收 缩 中图分 类号 ： T U5 2 8 5 7 2 文 献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 i i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 0 1 0 2 6 I nf l u e n c e o f P0 l y p r O py l e ne Fi b e r o n S t r e n g t h a n d S h r i nk a g e Be ha v i o r s 0 f Co nc r e t e f o r Pa v e me n t X UE Zhi c h ao 。 L Li n。 ( 1 S c h o o l o f T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g ， T o n g j i Un i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4 ， C h i n a ； 2 Hi g h wa y Bu r e a u ， C o mmu n i c a t i o n s De p a r t me n t o f S h a n d o n g Pr o v i n c e ， J i n a n 2 5 0 0 0 2 ， Ch i n a ；3 P o s t d o c t o r a l Ce n t r e ， S h a n g h a i Tu n n e l En g i n e e r i n g Co ， Lt d ， S h a n g h a i 2 0 0 0 8 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Po l y p r o p y l e n e f i b e r wi t h d i f f e r e n t u s e l e v e l we r e a d d e d i n c o n c r e t e f o r r o a d p a v e me n t Th e c ha ng e o f s l u mp， c o mpr e s s i v e s t r e n gt h， f l e xu r a l s t r e n gt h a n d s h r i nka ge we r e de t e r mi ne d Th e r e s ul t s i n di e a t e t h a t c o nc r e t e s l u mp de c r e a s e s a s t he us e l e ve l o f p o l y p r op y l e ne f i b e r i n c r e a s e s The 2 8 d c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e wi t h p o l y p r o p y l e n e f i b e r u s e l e v e l o f 1 0 ， 1 5 ， 2 0 k g m。i n c r e a s e s b y 4 1 ， 1 7 0 a n d 6 9 r e s p e c t i v e l y c o mp a r e d wi t h t h a t o f p l a i n c o n c r e t e ， 2 8 d f l e x u r a l s t r e n g t h i n c r e a s e s b y 1 1 4， 2 4 3 a nd 2 6 1 r e s pe c t i v e l y， a nd 2 8 d s hr i n ka g e d e c r e a s e s b y 1 6 0 ， 2 0 9 a n d 2 9 8 r e s p e c t i v e l y c o mpa r e d wi t h t ha t o f pl a i n c o nc r e t e Ke y wo r ds ：c o nc r e t e；po l yp r o pyl e ne f i be r ；s hr i n ka g e 高速公路服务区作为提供高速公路使用功能的 一 个重要附属设施 ， 其路面结构的稳定性和使用寿 命尤为重要 但在高速公路建设 中， 因设计标准、 施 工质量 、 养护条件、 管理水平等各种原 因， 服务区混 凝土路面在交付运营初期即出现网裂 、 龟裂 、 断板等 现象， 这不仅需花费巨额 的养护和维修费用 ， 也影响 了高速公路的通行能力和服务区的服务功能 因此 ， 采用新材料和新技术来保持服务 区混凝土路面的使 用 性能 具有 十分 重要 的意 义 ， 纤 维混 凝土应 运 而生 纤维的增强作用主要 有三方面 ： 首先是减少混 凝土收缩 ， 提高混凝土抗裂能力 ， 避免或减少混凝土 表面产生发丝裂纹或龟裂 ； 其次是减少混凝土泌水、 离析 ， 从而改善混凝土均匀性 ， 提高混凝土耐磨、 抗 冻 、 抗 渗 、 抗 冲击 、 抗疲 劳 等耐久 性 ； 第 三是 改 善混 凝 土内应力分布情况 ， 提高混凝土抗拉强度 ， 降低混凝 土弹 性模量 ， 增 强韧性 ， 改 善混凝 土 后期变 形性 能 文献 1 6 分别对聚丙烯纤维混凝土 的收缩性 能 ， 早期抗裂性能 ， 抗压 、 劈裂 、 抗折强度 ， 断裂能 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 0 一 O 5 2 4 ；修订 日期 ： 2 0 1 0 1 0 0 8 第一作者 ： 薛志超( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 黑龙 江明水人 ， 同济大学博士生 ， 高级 工程师 主要从事道路工程研究 E ma i l ： 3 6 1 8 6 2 1 6 1 6 3 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 l 3 4 建筑材料学报 第 1 4卷 维的掺加仍降低 了混凝土拌 和物 的坍落度 聚丙烯 聚丙烯纤维掺量 为 2 0 k g m。 时 ， 混凝土拌和物坍 纤维掺量越大， 混凝土拌和物坍落度降低越 明显 当 落度 比无聚丙烯纤维混凝土拌和物降低了 1 3 6 表 3 混凝土配合比与坍落度 Ta b l e 3 M i x p r o p o r t i o n a n d s l u mp o f c o n c r e t e 3 5 0( 1 0 )0 3 8 5 2 5( 1 5 )0 3 8 6 31 ( 1 8 )0 3 8 7 0 1 ( 2 0 )0 3 8 2 2抗 压 强度 聚丙 烯纤 维掺 量对 混凝 土抗压 强度 的影 响 见 图 2 由 图 2可 以看 出 ： ( 1 ) 未 掺 聚 丙 烯 纤 维 时 ， 混凝 土 ( P P f 0 0 ) 抗 压强 度 随龄期 的 变化 较 小 ， 1 4 d时 已基 本达 到最 终强 度值 ( 约 5 6 MP a ) ( 2 ) 掺 加 聚 丙烯 纤 维后 ， 混凝土 2 8 d抗压强度较未掺聚丙烯纤维混凝 土有 明显 增 长 ， 3种 聚 丙 烯 纤 维 掺 量 的混 凝 土 ( p p f 1 0 ， p p f 1 5 ， p p f 2 0 ) ， 其 2 8 d抗 压 强 度 较 未 掺 聚 丙烯 纤 维 混 凝 土 分 别 提 高 了 4 1 ， 1 7 0 和 6 9 ( 3 ) 混凝 土 2 8 d抗压 强 度 随 聚丙 烯 纤 维掺 量 的增 加呈 先增 大 而后 减 小 的趋 势 ， 当聚 丙烯 纤 维 掺 量为 1 5 k g m。 时 ， 混凝 土 2 8 d抗 压 强度 最 大 ( 4 ) 3 种 聚丙 烯 纤维 掺 量 的 混 凝 土 ( p p f 1 0 ， p p f 1 5 ， P P f 2 O ) ， 其7 d抗压强度均低于未掺聚丙烯纤维混凝土 7 0 6 0 5 0 p pf 0 0- p p f1 0 一 P Pf l 5 p p f2 0 ， ， ， 一 ， 。 一 一二 二 ： ， 一 一 一 ， ， ，一一 一 一 。 。 ， 。 7 l 4 2l 2 8 Ag e d 图 2 聚丙烯纤维掺量对混凝土抗压强度的影响 Fi g 2 I n f l u e n c e o f u s e l e v e l of p o l y p r o py l e n e f i be r o n c o mp r e s s i v e s t r e n gt h o f c o n c r e t e 2 3 抗 折强度 聚丙烯纤 维掺 量对 混凝 土抗 折 强度 的影 响见 图 3 由图 3可见 ： ( 1 ) 聚丙烯纤维的掺入可以显著提高 混凝 土 中、 后期 的抗 折 强度 ， 如 3种 聚丙 烯 纤维 掺 量 的混凝土( p p f 1 0 ， p p f 1 5 ， p p f 2 0 ) ， 其 2 8 d抗折强 度分别较 未掺 聚丙烯纤 维混 凝 土增加 了 1 1 4 ， 2 4 3 和 2 6 1 ( 2 ) 聚丙烯纤维的掺入可提高混凝 土早期( 7 d) 抗折强度， 但幅度不大( 约 4 8 ) ( 3 ) 当 聚丙烯纤维掺量超 过 1 5 k g ma 以后 ， 进 一 步增 大纤 维 用量对混凝 土抗 折强度 的提高作用不大 Ag e d 图 3 聚丙烯纤维掺量对混凝土抗折强度的影响 Fi g 3 I nf l u e n c e o f u e s l e v e l o f p o l y p r o p y l e ne f i b e r o n fle x ur a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e 聚丙烯纤 维的掺入可 以有效提 高混凝土 的抗压 、 抗折 强度 其原 因是 ， 在混 凝土形成 过程 中， 混凝 土 的 脆性和收缩造成了其内部存在不同尺度的微裂缝 ， 从 而使之产生塑性损伤 聚丙烯纤维掺入后， 可有效阻 止混凝 土内部微裂缝 的引生 ， 进 而减少 裂缝源 的数量 和尺度 ， 从 而充分 发 挥混 凝 土 的强度 性 能 这 对 承受 重载 的高速 公路服务 区混 凝土路面是极 为有利 的 2 4收缩性 能 不 同聚丙烯纤 维掺量 的混凝土 收缩 曲线 见 图 4 图 4表 明 ： ( 1 ) 各混 凝 土 的收缩 量 均 随龄 期 的发展 而 不断增加 ， 到 2 8 d后， 混凝土收缩量基本趋于稳定 ( 2 ) 聚丙烯纤维 的掺入可 以有效控 制混凝土 2 8 d的收 缩量 ， 3 种不 同聚丙烯纤 维掺量 的混凝 土( p p f 1 0 ， p p f 1 5 ， p p f 2 0 ) ， 其 2 8 d收缩量 较未 掺 聚丙烯 纤维 混凝 土分别减 1 6 0 ， 2 0 9 ， 2 9 8 ( 3 ) 在 2 8 d龄 期 时， 聚丙烯纤维掺量越大， 混凝土收缩量越小， 对裂缝 控制越有利 ( 4 ) 在 7 d龄期时， 当聚丙烯纤维掺量 1 5 k g m 。 ， 则 聚丙烯 纤 维 的掺 人 对混 凝 土 收缩 量 的 控 制效果有 限( 减 小 1 1 4 左 右) ； 进 一步增大 聚丙烯 纤维掺量至 2 0 k g ma ， 则混凝土 7 d收缩量迅速减 5 5 5 5 ；( 0 O 2 2 5 5 5 5 5 5 5 5 0 0 5 O 0 1 1 2 时 山 、 0 B 一 0 I a I 1 0 u 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 薛志超 ， 等 ： 聚丙烯纤维对路用混凝土 强度及 收缩性能的影响 小 ， 较未 掺聚丙烯纤 维混凝土减 小 4 6 5 图 4 不同聚丙烯纤维掺量的混凝土收缩 曲线 Fi g 4 Sh r i nk a g e c u r v e s o f c o nc r e t e wi t h d i f f e r e n t us e l e v e l o f p o l y pr o p y l e n e f i b e r 混凝 土发生收 缩变 形 的主要 原 因是混 凝 土 内部 水分 的迁移和散 失 聚丙 烯 纤 维掺 人 混凝 土 后 ， 大量 纤维分布在混凝土 内部， 形成了复杂 的三维乱 向体 系， 这不仅可以有效抑制混凝土骨料的下沉 ， 提高混 凝土 的均匀性 ， 减 少 其 固有 缺 陷 ， 而 且 可 以阻 隔水 分 逸出的通道或使渗水通道的曲折性增加 ， 减少或延缓 水分的散失 当聚丙烯纤维掺量越多时， 混凝土内部 水分散 失越少 ， 其 收缩 变形也 越小 此外 ， 聚丙烯 纤维 还可以改善混凝土的微观结构 掺聚丙烯纤维混凝土 的孔隙体积较未掺聚丙烯纤维混凝土有所提高 ， 纤维 掺量越大， 较大毛细孔的数量越多 ， 这使混凝土的毛 细孔压力 减小 ， 从而增 强其抵抗 收缩 的能力 3 结 论 1 3 种 掺量 ( 1 _ 0 ， 1 5 ， 2 0 k g m。 ) 的 聚丙烯 纤 维 均使混凝 土 2 8 d抗压 强度 较未 掺 聚丙烯 纤维 混凝 土 高 ， 其 中掺 1 5 k g m。 聚丙烯 纤维混凝 土的 2 8 d抗压 强度最大； 3 种掺量的聚丙烯纤维均使混凝土 7 d抗 压强度 较未掺聚丙烯 纤维混凝 土低 2 聚丙烯纤 维可 以显著 提高混 凝土 中 、 后期 的抗 折强度 3 种 掺量 聚丙烯纤维 均使混 凝土 2 8 d 抗 折强 度较未掺聚丙烯纤维混凝土有所增加 当聚丙烯纤维 掺量超 过 1 5 k g m 3以后 ， 进 一步增 大 其用 量对 混凝 土抗折 强度提高意义不 大 3 聚丙烯 纤维可 以有 效控 制混 凝 土收 缩量 3种 掺 量聚丙烯纤 维使混 凝 土 2 8 d收缩量 较 未掺 聚丙 烯 纤 维混凝土减 小 1 6 0 -2 9 8 ， 在聚丙烯纤 维掺 量 2 0 k g m3时 ， 聚丙 烯纤 维 掺 量 越 大 ， 混凝 土 2 8 d 收缩量越小 ， 对 裂 缝控 制 越 有利 当聚丙 烯纤 维 掺 量 1 5 k g r I 1 ：； 时 ， 其 对 混凝 土 7 d收 缩量 的控制 效 果 有 限( 减小 1 1 4 左右 ) ， 进一 步增大聚丙烯 纤维掺量 至 2 0 k g m3 时 ， 混凝 土 7 d收缩量迅速 减小 ， 较未掺 聚丙 烯纤维混凝 土减少 4 6 5 参 考文献 ： E 1 3 张玉新 ， 付春松 合成纤维混凝土板早期抗收缩裂缝的试验研究 J 混凝 土， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 5 2 5 4 ZHANG Yu x i n， FU Ch u n - s o n g An e x p e r i me n t r e s e a r c h o n e a r l y c r a c k in g p r o p e r t i e s o f s y n t h e t i c f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e E J C o n c r e t e ， 2 0 07 ( 3 )： 5 2 5 4 ( i n Ch i n e s e ) 2 何真 ， 罗谦 ， 梁文泉， 等 面板混凝土补偿收缩与纤维 增强的阻裂 试验研究 J 混凝土， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 5 0 5 3 HE Z h e n，L UO Oi a n， LI ANG We mq u a n，e t a 1 I n v e s t i g a t i o n o f c r a c k r e s i s t a n c e o f f a c e s l a b c o n c r e t e i n c o r p o r a t e d wi t h e x p a n s i v e a g e n t a n d p o l y p r o p y l e n e f i b e r J C o n c r e t e ， 2 0 0 6( 5 ) ： 5 0 5 3 ( i n Ch i n e s e ) 3 MAC HI N E H， C HUE N T Me c h a n ic a l p r o p e r t ie s o f p o l y p r o p y l e n e h y b r i d f I h e r - r e i n f 0 r c e d c o n c r e t e J Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ( A)， 2 0 0 8， 4 9 4 ( 1 2 )： 1 5 3 1 5 7 4 E L S E R M， TS CHE GG E K F r a c t u r e b e h a v i o u r o f p o l y p r o p y l e n e - f i b e r - r e i n f o r c e d c o n c r e t e ： Mo d e l i n g a n d c o mp u t e r s i mu l a t io n J Co mp o s i t e Sc i e n c e a n d Te c h n o lo g y， 1 9 9 6， 5 6 ( 8 ) ： 9 4 7 9 5 6 5 S Y DN E Y F J ， HANA I J R S h e a r b e h a v i o r o f f ib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms J C e me n t a n d Con c r e t e Co mp o s i t e s ， 1 9 9 7 ， 1 9 ( 4 ) ： 3 5 9 - 3 6 6 6 MANO L I S G D， G AR E I S P J D y n a mic p r o p e r t i e s o f p o l y p r o p y l e n e f | b e r _ r e i n f 0 r c e d c o n c r e t e s l a b s J C e me n t a n d Con c r e t e C o mp o - s i t e s ， 1 9 9 7， 1 9 ( 4 )： 3 4 1 - 3 4 9 7 AL HO Z A I MY A M， S OR O US HI AD P Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f p o l y p r o p y l e n e f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a n d t h e e ffe c t s o f po z z o l a n i c ma t e r i a l s J C e me n t a n d Co n c r e t e Comp o s i t e s ， 1 9 9 6 ， 1 8 ( 2 ) ： 8 5 9 2 8 马华堂 纤维混凝土的力学性能及 其在路面工程 中的应用 D 大连 ： 大连理工大学， 2 0 0 2 M A Hu a - t a n g M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a nd p a v e me n t a p p l i c a t i o n o f p o l y p r o p y l e n e f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e D D a l i a n ： D a l i a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y， 2 0 0 2 ( i n Ch in e s e ) 。 0一0 ) I I I 一 _I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m