聚丙烯纤维混凝土的耐久性试验研究.pdf

2 0 1 1年 第 1 O 期 (总 第 2 6 4 期 ) Nu mb e r 1 0i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 4) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 0 0 2 6 聚丙烯纤维混凝土的耐久性试验研究 王展飞 。牛荻涛 ( 西安建筑科技大学 土木土程学院，陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘要： 以不同纤维掺量的聚丙烯纤维混凝土为研究对象， 采用干湿循环和快速冻融试验方法对纤维混凝土的耐久性开展研究， 通过试验 探讨纤维掺量对混凝土耐久性能的影响， 研究试件强度、 质量损失率、 相对动弹模损失率、 氯离子渗透深度随循环次数的变化规律。 结果表明： 干湿循环条件下， 氯离子的渗透深度随着纤维掺量的增加逐渐加深； 盐冻循环条件下， 混凝土的抗盐冻性能随随着纤维掺量的增加而提高。 关键词 ： 聚丙烯纤 维；混凝土 ；耐久性 ；干湿循环 ；盐冻 ；氯离子 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 1 ) 1 0 - 0 0 8 2 - 0 3 Res e ar c h on t he du r abi l i t y o f p ol ypr o pyI e ne f i b er c on c r e t e W AN G Ch e n f e i ， N U 9 1 - ， ， ， ) I n 一 ， ， ， ， ， ， 一 引言 1 试件 制作及试验 方案 混凝土是当代应用最广泛的建筑材料， 但由于脆性大、 抗拉 强度低、 易开裂等缺点， 严重限制了其在工程中的使用范围。 为 了提高混凝土材料的性能， 研究人员尝试各种方法减少混凝土 中微裂缝的产生及延缓裂缝的扩展， 在混凝土中掺入纤维可以 较好地改善混凝土的缺点 ， 而聚丙烯纤维是目前工程中应用最 为广泛的一种合成纤维。 随着聚丙烯纤维在抗裂要求较高的混凝土工程中推广应 用 ， 大量学者对聚丙烯纤维混凝土的力学性能和减少收缩性能 进行了研究。 祝云华1 在混凝土中掺人 的聚丙烯纤维， 发现混凝土的 抗压和抗拉强度分别降低了 1 4 、 8 7 ， 强度分别降低了 1 和 3 6 。 李光伟等圜 的试验研究表 明， 掺人 ， 的聚丙烯纤维能使混凝土的抗冲击强度提高 3 ， 掺入 1 ， 的聚丙烯纤维使混凝土的抗冲击强度提 高 。 马一平等【3 研究了低掺量聚丙烯纤维对水泥砂浆塑性 收缩应力和塑性收缩率的影响， 发现改性聚丙烯纤维对水泥砂 浆的塑性减裂作用明显， 对混凝土坍落度及力学性能影响不大。 杨继强H 研究了聚丙烯纤维对砂浆早期干缩的影响， 发现掺入 的聚丙烯纤维可使砂浆的干缩率降低 3 6 。 相较于 大量对聚丙烯纤维混凝土的力学性能和对混凝土早期收缩性 能的研究， 聚丙烯纤维混凝土的耐久性能研究至今较少。 本试验 对聚丙烯纤维混凝土在干湿循环和盐冻作用下的力学性能和 耐久性能进行研究， 分析纤维掺量和各种工况对纤维混凝土性 能的影 响。 收稿 日期 ： l - 0 4 _ 2 3 8 2 试验原材料及配合比 水泥采用陕西秦岭 P 0 4 2 5 级水泥； 粗骨料为 的 碎石； 细骨料为细度模数为 的砂子； 粉煤灰采用渭河电厂生 产的 I I 级粉煤灰； 减水剂为高效减水剂； 纤维为聚丙烯纤维。 试 验采用四种纤维掺量来研究聚丙烯纤维混凝土的耐久性， 配合 比见表。 表 1 试件配合比 试验 方 法 混凝土采用机械强制搅拌， 试件尺寸为 和 。 试件脱模后在标准养护 条件下养护 。 配制质量浓度为 3 5 的 腐蚀溶液 ， 试件养护 后 放入腐蚀溶液进行干湿循环试验。 干湿循环制度： 3 为一个循环 ， 其中 浸泡在浓度为 3 5 的 溶液中， 在自然通风的 条件下干燥。 每 1 0个循环即 后取出相应的试件在压力机 上劈裂， 然后进行硝酸银显色试验 ， 量测纤维混凝土中氯离子 的渗透深度。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 试件养护 9 0 d后 ， 在 3 5 的Na C 1 溶液中浸泡 3 d后放人 快速冻融箱进行盐冻试验【 5 ， 定期测定混凝土试件的强度、 质量 和动弹性模量。 冻融循环 5 0次和 1 0 0次时取出相应的试件在 压力机上劈裂， 然后进行硝酸银显色试验 ， 量测纤维混凝土中 氯离子的渗透深度。 2 试验 结果 2 1 破坏形态和强度 对盐冻循环作用后的试件进行抗折试验， 不同掺量的混凝 土试块的破坏形态。 未掺人纤维的试件破坏时在加载中心处出 现明显的裂缝 ， 而掺加聚丙烯纤维的试件达到破坏荷载时只在 受拉区产生轻微的裂缝 ， 由于聚丙烯纤维有效地延缓了裂缝的 扩展， 使试件具有较好的延性。 图 l 给出了盐冻作用后纤维混凝土相对抗折强度的变化曲 线， 随着盐冻次数的增加 ， 试件的抗折强度逐渐减小。 经过 1 0 0 次 盐冻循环， 试件 c1 的抗折强度下降为初始值的 8 0 3 ， 试件c 2 的抗折强度下降为初始值的 8 3 4 ， 试件 c 3 的抗折强度下降为 初始值的 8 9 2 ， 试件 C 4的抗折强度下降为初始值的 9 0 1 ， 试件表层的水泥浆体剥落 ， 表层混凝土在静水压力的反复作用 下逐渐疏松， 抗折强度降低， 纤维的掺入降低 了试件相对抗折 强度的下降幅度。 1 0 0 - 8 o 0 4 翠 O 2 芝 褂 辎 皑 O 冻融循 环次数 图 2 质量 损失率 从图 2可以看 出， 盐冻循环 2 4 0次后 ， 试件 c 1的质量下 降为原始质量的 9 8 1 ， 而掺有试件 c 4质量下降为原始质量的 9 8 9 6 ， 随着纤维掺量的增加 ， 试件的质量损失逐渐减少。 这是 由于纤维的掺入抑制了结冰压引起的裂缝扩展， 大掺量的纤维 同时引入了气泡 ， 降低了结冰产生的静水压， 减少了质量剥蚀。 图3为试件相对动弹性模量随冻融循环次数的变化曲线。 盐 誊 静 辎 教 幅 拓 冻融循环 次数 图 3 相对动弹性模量损失率 冻 2 4 0 次后， 试件 C 1 的相对动牵生 模量下降为初始值的9 3 5 8 ， 试件 C 4下降为初始值的 9 7 9 ， 试件 C 2和 c 3的下降量介于两 者之间， 所有试件的相对动弹性模量均在 9 0 以上， 纤维的掺 人抑制了微裂缝的扩展 ， 缓解了冻融对试件的损伤。 2 3 氯 离子渗透深度 图4为典型的试件显色图片， 氯离子富集的区域显色为乳 白色， 氢氧根离子富集的区域显色为棕色。 图 5给出了氯离子 在不同纤维掺量的混凝土中随干湿循环时间的显色深度， 可以 看出， 随着干湿循环时间的增加 ， 氯离子在纤维混凝土中的渗 透深度逐渐加深， 但渗透速率减缓。 在干湿交替的环境下， 氯离 子在浅层混凝土内发生对流和扩散的耦合作用嘲， 从而形成氯 离子的富集区， 之后氯离子的迁移以扩散作用为主， 氯离子依 靠富集区与深层混凝土形成的浓度差向内迁移。 随着干湿循环 次数的增加， 氯离子渗透的深度逐渐加深 ， 但由于对流的速度 大于扩散的速度以及内部混凝土材料更加致密， 氯离子渗透的 速率是逐渐减低的。 图 4 试件典型显色 0 0 1 O - 3 0 5 纤维 掺量 ， 图 5干湿作用下试件显 色深度 氯离子在试件中的渗透深度随着纤维掺量的不同而变化。 试件 c 2中氯离子深度由2mm增至 5 5 mm， 渗透深度最浅； 试 件 c 4中氯离子深度由6n l t n增至 8 5 r n l T l ， 渗透深度最深 ； 试件 cl 和 c 3中氯离子渗透深度介于中间。 纤维的掺人可以延缓或 阻止混凝土的早期收缩裂缝， 但纤维的掺人同时又在混凝土中 83 9 8 7 6 5 4 3 2 l 0 隧 吲 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