泵送纤维混凝土工作性与自由收缩性能试验研究.pdf

第3 6卷第 3 期 2 0 1 6年 6月 东北电力大学学报 J o u r n a l Of N o r t h e a s t D i a n l i U n i v e r s i t y V0 l _ 3 6 No 3 J u n ， 2 01 6 文章编 号： 1 0 0 5 2 9 9 2 ( 2 0 1 6 ) 0 3 - 0 0 8 0 0 6 泵送纤维混凝土工作性与 自由收缩性能试验研究 宁喜亮 ， 李媛媛 ( 东北 电力大学 建筑 T程学 院， 吉林 吉林 1 3 2 0 1 2 ) 摘 要： 本文通过测定不同配合比新拌混凝土及 0 5 h和 1 0 h后的坍落度， 研究了砂的含泥量以 及聚丙烯纤维对泵送混凝土工作性能的影响； 参照德国工业标准( D I N) 测定不同配合比混凝土的 自由 收缩量 ， 研究了聚丙烯纤维对混凝土 自由收缩性能的影响。试验结果表明， 低掺量聚丙烯纤维对混凝土 的坍落度影响不大， 而砂的含泥量却对混凝土坍落度及其经时损失影响较大， 砂的含泥量应控制在 4 2 以内； 掺加 0 9 k s n q_ 聚丙烯纤维可明显降低混凝土 自由收缩应变， 降低达 1 5 3 ， 明显改善混凝土 的抗裂性能。最后， 将本文实测混凝土自由收缩应变与 A C I 2 0 9建议模型及王铁梦模型计算结果进行 对比， 发现 A C I 2 0 9更适用于预测纤维混凝土的收缩应变。 关键词 ： 聚丙烯纤维； 新拌混凝土； 含泥量； 坍落度； 自由收缩 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 3 文献标识码 ： A 泵送混凝土要求具有较高的流动性 ， 以便于施工。然而， 受到运输条件的限制 ， 混凝 土在浇筑前经 常由于坍落度损失过大而不能进行泵送施工_ l J 。作为混凝土重要组成部分的细骨料占混凝土体积的 3 0 左右， 但其含泥量对新拌混凝土坍落度经时损失影响的研究还很少见。此外， 泵送混凝土通常需要 较低的水胶比， 而随着水胶比的降低， 混凝土材料自由收缩应变随之增加， 当这种收缩应变受到限制时， 混凝土材料就会由于拉应变过大而开裂， 对混凝土结构的耐久性和安全l生 构成严重的威胁。 混凝土材料中裂缝的产生是不可避免的， 但裂缝又是可以控制在一定范围内的。研究表明 J ， 在 普通混凝土中加入随机分布的纤维得到的纤维混凝土材料具有优 良的抗拉、 抗冲击 、 抗疲劳、 以及较好 的韧性和耐久性。纤维混凝土开裂后， 跨越开裂截面的纤维通过桥接作用传递应力并限制裂缝宽度的 进一步扩展 ， 抵抗混凝土早龄期的收缩 。 本文通过对新拌混凝土的坍落度及经时损失和自由收缩应变的测定， 研究了砂的含泥量及聚丙烯 纤维对混凝土工作性的影响以及聚丙烯纤维对不同配合比混凝土收缩性能的影响。结果表明， 低掺量 聚丙烯纤维对混凝土的坍落度影响不大， 砂的含泥量对混凝土坍落度的经时损失影响较大 ； 聚丙烯纤维 的加入可明显降低混凝土的 自由收缩应变 ， 改善混凝土的抗裂性能。 1 试验概况 1 1 试验原材料 混凝土设计强度等级为 C 4 5 。采用 P 0 4 2 5普通硅酸盐水泥， 3 d 抗折强度为6 5 M P a ， 3 d抗压强 度为 3 1 0 MP a ； 一级袋装粉煤灰 ， 其技术参数见表 1 ； 优质矿渣粉， 其技术参数见表 2 ； 细骨料为连续级 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 0 0 9 基金项 目： 东北电力大学博士科研启动基金项 目( B S J XM- 2 0 1 6 0 3 ) 作者简介： 宁喜亮( 1 9 8 4 - ) ， 男 ， 吉林省榆树市人 ， 东北电力大学建筑工程学院讲师， 博士， 主要研究方向： 纤维混凝土结构试验及 理论 8 2 东北 电力大学学报 第 3 6卷 80 7 O 6 0 s o 、 o 墨 3 0 2 0 1 0 O GO 0 1 G0 0 2 G O 03 G0 0 4 图 3 不同龄期不同配合 比混凝土抗压强度 表 4 不 同配合 比3 d 、 7 d 、 2 8 d的立方体抗压强度( MP a ) 图3为不同龄期不同配比混凝土立方体抗压强度对比图， 由图3和表4 可以看出， 四组配合比均满 足混凝土设计强度， 是否掺加聚丙烯纤维， 对不同龄期混凝土立方体抗压强度影响不大。 2 2 混凝土工作性 表5 混凝土坍落度 及经时 损失( m m) 混凝土的工作性是混凝土拌和物易于施 工操作 并获得质量均匀、 密实混凝土 的性 能 。对 于泵送 混凝土主要采用坍落度法测定其的流动性。泵送混 凝土施工时要求混凝土具有较高的流动性 ， 以满足泵 送混凝土的集 中搅拌、 远距离运输及泵送等过程的要 求。但在泵送混凝土施工过程中， 经常遇到由于混凝 土坍落度损失过快 ， 使混凝土难以浇筑成型。 注 ： 为新拌混凝土的坍落度值 ， 5为放置 0 5 h后的混凝 土坍落度值， ， 。 为放置 1 0 h 后的混凝土坍落度值。 混凝土坍落度经时损失是指新拌混凝土的坍落度随着时间的延长而逐渐减小的现象。影响泵送混 凝土坍落度经时损失的因素较多， 包括环境温、 湿度， 水泥品种( 矿物成分) ， 水灰比， 化学外加剂( 相容 性) ， 矿物外加剂( 掺和料) 以及砂石骨料的含泥量等因素。 参照 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 ( G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 ) ， 对不同配合比的新拌混凝土 及放置0 5 h 和 1 0 h 后混凝土的坍落度进行测定， 测试结果列于表 5 。 图 4为不同配合 比新拌混凝土及 0 5 h和 1 0 h 后混凝土的 坍落度柱状图， 由表5 和图4 可以看出， ： ： 新拌混凝土的坍落度均在 1 6 0 m m+ 3 0 m m的范围内， o 满足 混 凝 土泵 送施 工 技 术 规程( J G J T 1 0一 。 2 0 1 1 ) 的 要求。但经过0 5 h 和1 0 h 后， 混凝土 垂。 拌合物的坍落度损失严重， 在 1 0 h 后， 四种配合比 6O 混凝 土 的坍落 度几 乎仅 为新 拌混 凝土 坍 落度 。 Z u 的 5 0 。 。 已有研究往往忽略砂石骨料含 泥量对泵送混凝 土坍落度经时损失的影响。考虑本文所用砂的含泥 1 1 4不同 配 合比 新 拌 混 凝 土 及 经 过。 “ 和 。 后的 坍 落 度 量较高， 达 7 8 。选择 G 0 0 3和 G 0 0 4两组配合比， 采用清水洗净的砂( 含泥量 4 2 ) 重新配制混凝 土， 用以研究砂的含泥量在有无聚丙烯纤维的情况下对混凝土坍落度及经时损失的影响， 测量结果见 表 6 。 表 6 不 同砂含泥量的 0D 0 3和 G 0 0 4配合 比新拌混凝土及 0 5h和 I 0 h后 的坍落度 ( mm) 第 3期 宁喜亮 ， 等 ： 泵送纤维混凝土工作 性与 自由收缩性 能试验研究 8 3 I G0 0 4 T 0 T O 5 T 1 0 TO T O 5 T1 0 ( a ) G 0 0 3 ( b ) G O 0 4 图5 不同砂含泥量的新拌混凝土及0 5 h 和 1 0 h 后的坍落度 图5 为采用不同含泥量的砂得到的G O 0 3和 G o o 4新拌混凝土及0 5 h 和 1 ， 0 h 后的坍落度， 由表6 和图5可以看出， 采用清水洗过砂所配制 昆 凝土的坍落度经时损失很小， 1 0 h 后的坍落度仍在 1 0 0 m m 以上， 满足规范( J G J T 1 0 2 0 1 1 ) 对泵送混凝土出泵坍落度的要求， 而是否掺加聚丙烯纤维， 对混凝 土的坍落度影响不大。 2 3 混凝土 自由收缩 图 6对 比了聚丙烯纤维对 G O 0 3和 G 0 0 4两种配 合 比混凝土 自由收缩性能 的影 响。由图 6可 以看 出， 两种配合比的? 昆 凝土在拆模后的前 1 - 2 d 均保持 喜 很快的自由收缩速率， 此后自由收缩速率逐渐减慢。 言 聚丙烯纤维的掺人， 明显降低了混凝土的 自由收缩 蚕 应变。与素混凝土相比， 掺入0 9 k g m 聚丙烯纤维 的混凝土试件 的自由收缩应变减小 了 1 5 3 。在混 凝土中加人聚丙烯纤维后 ， 纤 维下部会 聚集部分 自 由水 ， 而纤维构成 的网状结构 可以阻止粗骨料 的下 沉 ， 减少泌水 ， 进而降低毛细孔水 的不饱 和程度 ， 减 少混凝土基体的收缩应变。这对改善混凝土的抗裂 性能是很有利的。 2 4 自由收缩预测模型验证 图 6 G 0 0 3和 G 0 0 4混凝土实测 自由收缩应变 本试验选择 A C I 2 0 9 】 推荐的预测混凝土 自由收缩模型和我国学者王铁梦口 根据相关文献和多 年工程实践提 出的混凝土 自由收缩应变计算公式计算 G 0 0 3和 G O 0 4两种配合比下混凝土 的 自由收缩 应变。 A C I 2 0 9 计算混凝土 自由收缩应变公式为 ： ，、t ， 、 s ，* ， ( 1 a 5 _ =7 8 0 y X 1 0 一， ( 1 b ) 式 中： ( t ) 为收缩应变 ； 为养护完成拆模以后的天数( d ) ； 曲 为最终收缩应变 ； 7 8 01 0 为标准条件 下的自由收缩应变； 为非标准条件的修正系数， 如砂率、 水泥用量、 环境湿度、 构件尺寸、 养护方法、 坍 落度、 含气量等七种情况的影响系数。 王铁梦 刮计算混凝土自由收缩应变公式如下： e y ( t ) = 占 ? l l ( 1 一 B 一 ) ： 3 2 4 1 0 一 ( 1 一 e - 0 0 1t ) 1 j ， ( 2 ) 式 中： 们为标准状态下的极限收缩 ， 取 3 2 4 x 1 0 ； 6 为经验系数 ， 一般取 0 0 1 ， 养护较差时取 0 0 3 ； 为各种非标准条件的修正系数， 如水泥品种、 细度、 骨料、 水灰比、 水泥浆量、 初期养护时间、 环境湿度、 构 件尺寸、 操作方法( 振捣、 养护方法) 和配筋率等十种情况的影响系数。 们 加 柏 0 EE、 巡 瓣蜜 瑚 啪 m m m 加 加 。 EE、 摊 拳 东北 电力大学学报 第 3 6卷 图7 为 G O 0 3和 G O 0 4两组配合比混凝土 自由收缩应变实测值与模型预测值对比图。由图7可以 看出， 是否掺加聚丙烯纤维， A C I 2 0 9 模型预测的混凝土自由收缩应变均与实狈 0 值较为接近， 而王铁梦 模型预测的混凝土自由收缩应变明显低于实测值， 由于王铁梦模型是建立在中低强度混凝土基础上的。 由此可看出， A C I 2 0 9模型更适用于纤维混凝土 自由收缩应变的预测。 3 结 论 饕测收缩应变( mm ， m ( a ) G0 0 3 图 7 混凝土 自由收缩应变 的计算值与实测值比较 洲收缩麻( m m m) ( b ) G0 0 4 通过测定不同配合比新拌混凝土及 0 5 h 和 1 0 h的坍落度以及不同配合比混凝土的自由收缩应 变 ， 可以得到如下主要结论 ： ( 1 ) 聚丙烯纤维的掺人 ， 对不同龄期混凝土的立方体抗压强度影响不大。 ( 2 ) 砂的含泥量对混凝土坍落度影响较大， 应使用含泥量小于4 2 的砂配制泵送混凝土。 ( 3 ) 掺加0 9 k g m 的聚丙烯纤维， 可使混凝土自由收缩应变降低 1 5 3 ， 明显改善混凝土抗裂 性能。 ( 4 ) 通过混凝土自由收缩应变实测值与模型预测值对比， 发现 A C I 2 0 9 模型预测结果与实测结果吻 合较好， 该模型用更适用于纤维混凝土自由收缩应变的预测。 参考文献 ( 1 马保国 新型泵送混凝土结束及施工 M 北京： 化学工业出版社， 2 0 0 6 2 赵国藩， 彭少民， 黄承逵 钢纤维混凝土结构 M 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 9 3 何平， 何若冰， 王新颖 ， 等 部分预应力筋 R P C电杆的连接设计研究 J 东北电力大学学报， 2 0 1 2 ， 3 2 ( 0 6 ) ： 1 1 7 - 1 2 1 4 鞠彦忠， 王德弘， 张超 活性粉末混凝土的研究与应用进展 J 东北电力大学学报 ， 2 0 1 1 ， 3 1 ( 5 6 ) ： 9 - 1 5 5 E 1 一 D i e b A S ， T a h a M M R F l o w c h a r a c t e ri s t i c s a n d a c c e p t a n c e c r i t e ri a o f f i b e r - r e i n f o r c e d s e l f - c o m p a c t e d c o n c r e t e( F R S C C ) J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 1 2， 2 7 ( 1 ) ： 5 8 5 5 9 6 6 G t i n e y i s i E， Ge s o l u M， Mo h a m a d a m e e n A， e t a 1 E n h a n c e m e n t o f s h ri n k a g e b e h a v io r o f l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e s b y s h ri n k a g e r e d u c i n g a d mi x t u r e a n d fi b e r r e i n f o r c e m e n t J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 1 4 ( 5 4 ) ： 9 卜9 8 7 M a z z o l i A， M o n o s i S ， P l e s c i a E S E v a l u a t i o n of t h e e ar l y a g e s h ri n k age o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e ( F R C ) u s i n g i m a g e a n al y s i s m e t h o d s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e ri a l s ， 2 0 1 5 ( 1 0 1 ) ： 5 9 6 - 6 0 1 8 李书进 ， 钱红萍， 徐铮澄 纤维自密实混凝土早期收缩及阻裂特性研究 J 硅酸盐通报， 2 0 1 4 ， 3 3 ( 1 2 ) ： 3 1 4 0 - 3 1 4 4 9 康晶， 邹磊堂， 蔡晓丽 纤维高性能 昆 凝土早龄期抗裂性能研究 j 北方交通 ， 2 0 1 4 ， 2 3 ( 0 1 ) ： 8 7 - 9 0 1 0 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 中华人民共和国建设部 普通混凝土力学性能试验方法标准 s 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 2 1 1 DI N E N 6 8 0 2 0 0 6 D e t e r mi n a t i o noft h e d r y i n g s h ri n k ageof a u t o c l a v e d a e r a t e d e o ll e D t e S 2 0 0 6 1 2 葛勇 土木工程材料学 M 北京： 中国建材工业出版社， 2 0 0 7 1 3 G B T 5 0 0 8 0 - 2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验方法 s 北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 2 1 4 J G J T I O 一 2 0 1 1 混凝土泵送施工技术规程 s 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 1 5 A C I C o m m i t t e e 2 0 9 ， P r e d i c t i o n o f C r e e p ， S h ri n k a g e a n d T e m p e r a t u r e E f f e c t s i n C o n c r e t e S t r u c t u r e s ( A C I 2 0 9 R 一 9 2 ) S F a r m i n g t o n H i ll s ， 第 3期 宁喜亮 ， 等 ： 泵送纤维混凝土工作性 与 自由收缩性 能试验研究 8 5 Mi c h， 1 9 9 2 1 6 王铁梦 工程结构裂缝控制 M 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7 NI NG Xi l i a n g， LI Yu a n - y u a n f A r c h i t e c t u r e E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， N o r t h e a s t D i a n l i U n i v e r s i t y ， J i l i n J i l i n ， 1 3 2 0 1 2 ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n t h e me a s u r e me n t o f t h e s l u mp f o r f r e s h c o n c r e t e a n d t h a t a f t e r 0 5 h a n d l O h o f d i f f e r e n t c 0 n c r e t e mi x t h e e f f e c t o f c l a y c o n t e n t a n d p o l y p r o p y l e I l e f i b e r s o n t h e w o r k a b i l i t y。 f p u mp i n g c o n c r e t e w a i n - v e s t i g a t e d I n a d d i t i o n ， a c c o r d i n g t o t h e g e r ma n g u i d e l i n e( D I N) ， t h e f r e e w a s me a s u r e d t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r s o n t h e f r e e s h rin k a g e s hr i n k a g e o f d i f f e r e n t c o n c r e t e mi x o f c o nc r e t e Th e r e s u l t s s h o w e d t h a t p o l y l ： ，r o p y l e n e f i b e r s wi t h l o w d o s a g e h a d l i t t l e e f f e c t o n t h e c o n c r e t e s l u mp Ho we v e r ， t h e。 l a y c o n - t e n t a f lf e e t e d t h e l u mp a n d t h e s l u mp l o s s o f c o n c r e t e g r e a t l y A c l a y c o n t e n t l o w e r t h a n 4 2 i s s u g g e s t e d - Wi t h t h e a d d i t i 0 n o f 0 9 k g m p o l y p r o p y l e n e f i b e r s ， t h e f r e e s h ri n k a g e a t e a r l y a g e d e c r e a s e s b y 1 5 3 ， wh i c h d e mo n s t r a t e s t h a t p o l y p r o p y l e n e fi b e r s c a n i mp r o v e t h e c r a c k r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e a t e a r l y g e gu t 卜 c a n t l v F i n a l l v c o mp a r i s o n s b e t w e e n e x p e rime n t a l d a t a a n d AC I 2 0 9 a n d Wa n g s mo d e l we r e p e r f o rm e d a n d AC I 2 0 9 mo d e 1 wa s f 0 u n d t o b e s u i t d b l e f o r e v a l u a t i n g the f r e e s h r i n k a g e s t r a i n o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e Ke y wo r d s ： P o l y p r o p y l e n e fi b e r s ； F r e s h c o n c r e t e； C l a y c o n t e n t ； S l u mp； F r e e s h r i n k a g e