改性聚丙烯纤维对混凝土力学性质的影响.pdf

2 0 1 4 年第3 期 No ． 3 2 01 4 煤 炭 科 技 COAL S CI ENCE &TECHN0LOGY MAGAZI NE 3 9 文章编 号： 1 0 0 8 — 3 7 3 1 ( 2 0 1 4 ) 0 3 — 0 0 3 9 — 0 3 改性 聚丙烯纤维对混凝土力学性质的影响 侍亮 ( 永贵能源有限公司 五凤煤业， 贵州 毕节5 5 1 7 ~) 摘要： 采用实验室测试 的方法研究改性聚丙烯纤维对混凝土力学性质的影响。主要得到以 下结论： ① 改性聚丙烯( 粗) 纤维随着纤维掺量( 0 ． 4 ％～0 ． 8 ％) 的增加， 混凝土的强度和韧性 都得到提高， 但是当掺量超过0 ． 8 ％后， 抗折强度反而出现负增长。② 改性聚丙烯( 粗) 纤维的 掺量达到 0 ． 8 ％时， 纤维混凝土抗折强度是素混凝土的 1 ． 3 0 4倍 ； 改性聚丙烯( 粗) 纤维直径 比 普通聚丙烯单丝增大了1 O 倍以上， 弹性模量提高了7 0 ％， 试验证明纤维在混凝土中起到了微 筋材的作用产生有效的增强效果， 但纤维掺量不宜过大， 过大反而会使强度降低。③ 混凝土 韧性随着纤维掺量( 0 ． 4 ％～1 ． 0 ％) 的增大而增加， 当体积掺量达到1 ． 0 ％时， 弯曲韧度指数田 达到最大 ， 是素混凝土 的9 ． 9 倍。 关键词： 混凝土 ； 改性聚丙烯纤维； 抗压强度； 弯曲韧性 ； 弹性模量 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标志码： B 随着新纤维和混凝土材料 的不断出现 ， 同时为 了满 足工程界对混凝土 的力 学性能和耐久性 的要 求 ， 纤维混凝土在近 3 0 a 有了突飞猛进的发展 ， 纤维 混凝土理论和应用技术得到 了充分的发展n 。世界 各先进 国家都十分重视高强混凝土的研究开发 ， 并 已经取得重大进展 。在实验室 中， 混凝土抗压强度 已可超 1 5 0 MP a t 。] 。文献 [ 8 一 l 0 1 提 出钢纤 维用于 增强混凝土结构 ， 不仅仅可以阻裂和增韧 ， 在许多场 合下钢纤维参与结构受力， 而且在钢筋高强混凝土 和预应力混凝土 中采用钢纤维增强和局部增强将是 很有效的； 钢纤维与钢丝 网混合使用 ， 用于增强梁板 结构， 会形成高强、 耐冲击、 耐疲劳和高延性的结构。 改性聚丙烯纤维( 粗 ) 是在聚丙烯 中添加改性材 料 ， 经过一定的工序处理后 ， 增添纤维与混凝土之间 的亲和力 和握裹力 。直径为 0 ． 5 ～1 ． 0 m m， 弹性模 量达到 7 ． 3 G P a 以上。加人粗纤维 的 目的是加强纤 维 的微筋材作用 ， 在增韧 阻裂 的同时提高混凝土的 韧性 。通过对试件破坏过程进行分析 ， 混凝土破坏 时大量粗集料剪断或拉断， 呈现混凝土的脆性破坏 特征 。在混凝土 中加人低模量 ( 粗 ) 纤维 ， 不仅可以 提高混凝土的强度， 而且可以提高其韧性。 1 抗压 强度和抗 折强度测试 改 性聚丙烯 纤维 物理力学 性能指标 如 表 1 所 列。通过对试验结果进行分析可知 ， 聚丙烯( 粗) 纤 维添加到混凝土后 ， 混凝土抗压 和抗折强度均得到 改善。当改性聚丙烯 ( 粗 ) 纤维体积 比从 0 ． 4 ％增大 到 1 ． O ％ ， 混凝 土的抗压 强度随着纤维含量 的增加 而增大 ； 但是 当体积 比为 1 ． 5 ％时 ， 抗压强度反而减 少 3 ． 1 ％ 。 表 1 改性聚丙烯 纤维物理 力学性能指标 繁 伸 篡 弹 量 ， s o o 。 3~6 ． 0 s 改性聚丙烯( 粗) 纤维掺量分别为 0 ． 4 ％、 0 ． 8 ％、 1 ． 0 ％和 1 ． 5 ％时， 混凝土抗折强度分别提高 2 2 ． 3 ％ 、 3 0 ． 4 ％ 、 一 3 ． 6 ％和一 9 ． 3 3 ％； 当改性聚丙烯 ( 粗 ) 纤维 掺量为 1 ． 0 ％时， 混凝土抗压强度达到最大， 比素混 凝土提高 8 ． 6 ％。 纤维的阻裂功能可起到增强和增韧效果 。在混 凝土中掺入一定比例的纤维后， 由于纤维的阻裂性 能可 以减少混凝土 中的干缩 、 温度裂缝及 塑性收缩 应力裂缝 ， 混凝土强度得到显著提高。 改性聚丙烯( 粗) 纤维因表面进行了凸凹螺纹处 理， 使其与混凝土基材的握裹力增加， 增加了纤维被 拔出的能量的消耗， 起到增强微筋材的作用。当混 煤炭科技 2 0 1 4 年第3 期 凝土 中的微小裂纹在外荷载作用下发生扩展时 ， 纤 维横跨在裂纹之间起桥接作用 ， 可缓解裂缝尖端 的 应力集中， 增加裂缝的扩展阻力 ， 提高混凝土的抗断 裂能力。 2 弯曲韧性测试 采用 6 0 0 k N液压伺服试验机测试 聚丙烯 ( 粗 ) 纤维添加到混凝土后混凝土的弯曲韧性。由图1 可 知： 素混凝土的脆性极强， 当仅发生0 ． 3 m m位移时 素混凝土便开始断裂， 裂缝一经出现便迅速扩展导 致破坏断裂。测试过程中， 素混凝土呈现脆性断 裂。而改性聚丙烯 ( 粗) 纤维韧性较好 ， 表现为延性 破坏 。混凝土荷载一 挠度曲线如图 1 所示 。 2 O 蕈1 5 耀 l O 5 0 ：兰 二 ：．： 2 4 6 8 位移 ／mm 图 1 混凝土荷载一 挠度 曲线 由图 1 可知 ， 改 l生聚丙烯( 粗) 纤维掺量为0 ． 4 ％ ～ 1 ． 0 ％时对混凝土的弯曲韧性影响为正相关， 并在掺 量为 1 ． 0 ％时达到最大， 达到素混凝土的9 ． 9 倍 ； 但 当掺量为 1 ． 5 ％时， 韧性比掺量为 1 ． 0 ％时反而降 低 ， 降幅为 3 5 ． 7 ％。由于改性聚丙烯( 粗 ) 纤维属于 低弹模纤维， 当掺量超过一定数值后 ， 含气量增加， 导致混凝土中的弱面增多， 强度降低， 但纤维对混凝 土的增韧效果却十分明显。当体积掺量分别为0 ． 4 ％ 和0 ． 8 ％时， 梁断裂后还存有残余强度， 残余抗折强 度为初裂抗折强度的 5 0 ％。由于纤维掺量小 ， 对混 凝土的微筋材作用有限， 导致混凝土峰值荷载后的 承载力急速下降， 弯曲荷载一 挠度曲线呈凹形。 当纤维掺量增大到 1 ． 0 ％和 1 ． 5 ％时 ， 纤维含量 的增加促使微筋材作用增强 ， 弯 曲荷 载一 挠度 曲线 呈凸形； 当梁断裂后还有二次加强的作用， 即位移一 强化作用， 梁的残余抗折强度达到或甚至大于初裂 强度 。 3 弹性模量测试 根据《 纤维混凝土试验方法标准》 ( C E C S 1 3 ： 2 0 0 9 ) ， 本方法测定的纤维混凝土弹性模量是指压应 力为轴心抗压强度4 0 ％时( = 0 ． ) 的加荷割线模 量 。试件采用 1 5 0 mm1 5 0 m m x 3 0 0 mm棱柱体标 准试件 ， 每组 6 个试件 ， 其中3 个测定轴心抗压强度 ， 用以确定 弹性模量试验的加荷标准 ， 另 3 个测定弹 性模量， 测量变形仪表的精度应不低于0 ． 0 0 1 m m。 该试验 的纤 维混凝 土配合 比与前面 的试验相 同 ， 试验结果见表 2 。由表 2 可知 ， 粗合成纤维的加 入使得混凝土 的弹性模量降低 ， 体现了混杂 的叠加 效果 。根据应力应变的关系￡=o ／ E， 当E值变小时， 说明在同样的应力作用下， 应变增大， 对释放围岩的 应力有好处。另外一个次要因素是不排除由于纤维 含量的增加使其工作性受到影响， 进而对混凝土的 密实性和弹性模量产生影响。 表 2弹性模量试 验结果 试 成分 1 0 mm ／ 1 0 -mm ／ C ． ：t s j 千分表读 数， 压强度千分表读 啦 十 幸 樽 学 。 数 鲁 一 尊半 4结论 ( 1 ) 改性聚丙烯( 粗) 纤维掺量为0 ． 8 ％时， 纤维 混凝土抗折强度达到最大 ， 比素混凝土提高 3 0 ． 4 ％ ， 弹性模量提高 7 0 ％， 试验证 明纤维在混凝土中起到 了微筋材的作用， 产生了有效的增强效果。但纤维 掺量不宜过大， 过大反而会使强度降低。 ( 2 ) 改性聚丙烯 ( 粗 ) 纤维掺量为0 ． 4 ％ ～1 ． 0 ％ 时对混凝土的韧性影响为正相关 ， 且弯曲韧度指数 在掺量为 1 ． 0 ％时达到最大， 是素混凝土的9 ． 9 倍 ， 改性聚丙烯 ( 粗 ) 纤维对混凝 土的增韧效果十分 明显。但当掺量为 1 ． 5 ％时， 混凝土的韧性 比掺量 为 1 ． 0 ％时反而降低， 降幅为3 5 ． 7 ％。 ( 3 ) 改性聚丙烯( 粗) 纤维增强和增韧在掺量为 0 ． 4 ％ 0 ． 8 ％时正相关 ， 掺量超过 0 ． 8 ％后韧性得到 增强， 但是抗折强度反而出现负增长。 ( 4 ) 改性 聚丙烯 ( 粗 ) 纤维对混凝土的增强效果 没有钢纤维 明显 。改性聚丙烯 ( 粗) 纤维对混凝土的 增韧效果非常明显， 弯曲韧性指数卵 比钢纤维混凝 2 0 1 4 年第3 期 No ． 3 2 01 4 煤 炭 科 技 COAL S CI ENCE &TECHNOL0GY MAGAZI NE 4 1 文章编号 ： 1 0 0 8 — 3 7 3 1 ( 2 0 1 4 ) 0 3 — 0 0 4 1 — 0 2 浅析3 5 k V真空断路器分 闸速度下降故障 王成刚 ( 徐州矿务集团有限公司 华美电力工程公司， 江苏 徐州2 2 1 ~6 ) 摘要： 介绍了徐矿集团权台煤矿3 5 k V变电所在检修试验中发生的一起3 5 k V真空断路器分 闸速度下降故障及其处理过程。经分析， 确定该故障是由分闸油缓冲器缺陷造成的。简单介 绍 了油缓冲器 的作用及使用注意事项 ， 并提 出了具体预 防措施。 关键词 ： 真空断路器； 分 闸速度 ； 分闸油缓冲器 中图分类号 ： T D 6 1 1 ． 2 文献标志码： B 2 0 1 4 年 4 月 1日， 华美 电力 工程公 司在权 台煤 矿 3 5 k V变 电所进行春季预防性试验 。在对 2 号主 变 6 2 号断路器进行特性测量时发现其分闸不流畅 ， 观察分闸过程中发现在其分闸行程的后半段时间有 个 明显的缓慢位移过程 ， 即整个分 闸过程不是一次 分到位 ， 而是速度很快地一次分开大半行程后再加 上缓慢分开的一段行程才分到位， 时间比正常分闸 就位时间加长很多。针对此情况 ， 检修人员 随即对 其进行了检查大修。故障断路器型号为Z W一 4 0 ． 5 ， 配 c T1 9 B W—I型操作 机构 ， 由江苏宝应 开关厂在 2 0 0 3 年 1 O 月生产制造 。 1 故障对设备运行的影响 此故障的出现直接导致该断路器的平均分闸速 度及分 闸时间达不到要求 ， 直接影响其开断能力 ， 危 及安全运行 。正常情况下 ， 在断路器两个触头断开 的过程中， 电弧需要靠 自 身的能量来维持电离断路 器两个触头之间各种物质和触头溶解分子形成的等 离子流， 从而维持电弧能够延续。如果触头断开速 度很快 ， 电弧就需要更大的能量来加速电离两个触 头之间的分子。但是 由于电弧能量有 限， 当触头断 开速度使得 电弧的电离分子速度不能跟上时 ， 在过 零点时电弧就熄灭了； 如果断开速度过慢就有可能 土和素混凝土分别提高0 ． 9 5 倍和9 ． 9 倍 。改性聚丙 烯 ( 粗 ) 纤维相 比钢纤维可 以吸收更多混凝土在破坏 过程 中所释放的能量 ， 可见改性聚丙烯 ( 粗) 纤维在 能量的吸收方面优于钢纤维。 参考文献： [ 1 ] 郝维钫． 新型钢纤维混凝土力学性能的试验研究[ D ] ． 大连 ： 大连理工大学， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 陈肇元． 高强与高性能混凝土的发展及应用[ J ] ． 土木工程学 报 ， 1 9 9 7 ， 3 0 ( 5 ) ： 3 —1 l _ [ 3 ] 冯乃谦．普通混凝土 、 高强混凝土与高性能混凝土[ J ] ． 建筑 技术 ， 2 0 0 4 ， 3 5 ( 1 ) ： 2 0— 2 3 ． [ 4 ] 赵国藩． 高性能混凝土结构的发展与抗震设计 [ J ] ． 大连理工 大学学报 ， 1 9 9 9 ， 3 9 ( 2 ) ： 3 3 1 —3 3 5 ． [ 5 ] 王绍东． C 1 0 0 高强混凝土在钢筋混凝土结构工程中的应 用 [ J ] ． 重庆建筑大学学报， 1 9 9 9 ， 2 1 ( 1 ) ： 9 1 —9 4 ． [ 6 ] 路来军 ， 朱效荣， 高兴燕， 等． C 1 00高性能混凝土的研究与应 用[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 3 ， 1 6 5 ( 7 ) ： 4 3 —4 8 ． [ 7 ] 蒲心诚 ， 王志军 ， 王冲 ， 等． 超高强高性能混凝土的力学性 能研究[ J ] ． 建筑结构学报， 2 002 ， 2 3 ( 6 ) ： 4 9— 5 5 ． [ 8 ] 高丹盈， 汤寄予， 朱海堂． 钢纤维高强混凝土的配合比及基本 性能研 究 [ J ] ． 郑 州大学 学报 ， 2 0 0 4， 2 5 ( 3 ) ： 4 6—5 1 ． [ 9 ] 焦楚杰 ， 孙伟 ， 高培正， 等． 钢纤维高强混凝土力学性能研 究[ J ] ． 混凝土与水泥制品， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 3 ) ： 3 5 —3 8 ． [ 1 0 ] 张晓 峰． 钢纤维高强砼和普通高 强砼 力学 性能实验 研究 [ J ] ． 贵州工学院学报， 1 9 9 6 ， 2 5 ( 3 ) ： 5 4—5 9 ． 作者简介 ： 侍亮( 1 9 8 4 一) ， 男， 江苏睢宁人， 2 0 0 6 年毕 业于中国矿业大学采矿工程专业， 永贵能源有限公司五凤 煤业助理工程师。 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 4 — 0 7 — 1 4 )