玄武岩纤维增强聚合物混凝土基本力学性能试验研究.pdf

第 3 3卷第 6期 2 0 1 2年 1 2月 华北水利水 电学院学报 J o u r n a l o f No r t h Ch i n a I n s t i t u t e o f W a t e r Co n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o w e r V0 l _ 3 3 No 6 De c201 2 文章编号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 1 8 0 3 玄武岩纤维增 强聚合物 混凝 土基本 力学性能试 验研 究 宋云祥 ，杨 静 ，王建强 ( 河 南省 交通科 学技术研 究院有限公 司， 河南 郑州 4 5 0 0 0 6 ) 摘要 ： 通过混凝土拌合物工作性能和基本力学性能试验 ， 研究 了不同掺量 的玄武岩纤 维和聚合物 乳液在单 掺 、 复掺情况下对混凝土工作性能 、 抗压强度和抗折强度 的影 响规律 结果表 明： 玄武岩纤 维和 聚合 物乳液单 掺时 ， 随着玄武岩纤维或聚合物乳液掺量 的增加 ， 混凝土的 7 d龄期抗压强度均 略微 降低 ， 2 8 d龄期抗压强 度 提高不明显 ， 抗折强度均有显著提高 ； 在玄 武岩纤维 和聚合 物乳液 掺量 匹配时 ， 玄武岩纤 维增 强聚合 物混 凝 土具有 良好的工作性能和优异 的抗折强度 关键词 ： 玄武岩纤维 ； 聚合物混凝土 ； 抗压强度 ； 抗折强度 水泥混凝土是建筑工程中用量最大的人造复合 建筑材料 ， 但 因其 自身存 在一些缺 陷， 如易收缩 开 裂 、 抗 拉强 度低 、 抗 冲击 韧 性差 以及 断 裂 韧 性低 等 ， 从而限制了其在工程 中更广泛 的应用 玄武岩纤维 增强聚合物混凝 土是 由普通 混凝土加入 聚合 物乳 液 、 玄武 岩纤 维复合 而成 的新 型混 凝土 材料 ， 它具 有 比普 通t 昆 凝 土更为 优 良的抗 拉 、 抗 折 、 抗 疲 劳强度 及 冲击 韧性 等 。 ， 适 用 于钢筋 混凝 土桥 面 铺装 工 程 ， 有 着广 阔 的应用前 景 笔者以 C 5 0桥面铺装混凝土为研究对象 ， 对 比 分析了玄武岩纤维和聚合物乳液复掺对混凝土工作 性能及抗压强度 、 抗折强度等基本力学性能的影响 1 试 验 1 1原材 料 水泥 ： 采 用 湖 北华 新 水 泥 股份 有 限 公 司生 产 的 P 0 4 2 5级 水 泥 ， 其 3 d和 2 8 d抗 压 强 度 分 别 为 2 6 8 MP a 和 4 7 6 MP a ； 粉煤灰 ： 信阳华豫 电厂生产 的 I级 粉 煤灰 ， 需 水 量 比为 8 8 ， 4 5 m 筛 筛 余 4 2 ， 2 8 d胶砂活性指数为 8 4 ； 细集料 ： 采用商 城 王 店 砂 场 生 产 的河 砂 ， 细 度 模 数 为 2 8 ， 1 I区 中 砂 ； 粗集料 ： 石灰岩碎石 ， 由51 0 m m与 1 0 2 5 m m 粒级按质量 比 3 ： 7混合而成 ， 符合 52 0 m m连续 级配， 表观密度 2 6 7 3 g c m ， 压碎值 9 4 ， 针 片状 颗粒 含量 6 2 ； 减水剂 ： 采 用 南 阳 市 四通 化建 有 限 公 司 生 产 的 S T一0 1型 缓 凝 聚 羧 酸 高 性 能 减 水 剂 ( 水 剂 ， 固含 量为 2 8 ) ； 玄 武岩 纤维 ： 浙 江石 金 玄武 岩 纤维 有 限公 司生产 的连 续 玄 武 岩 短切 纤 维 ； 聚合 物 ： 上 海 高桥 B A S F分 散体 有 限公 司 生 产 的羧 基 丁 苯 乳液 ( 固含 量 5 1 ) 1 2试 验 方法 混凝土拌合物性能按 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 ) 进行测试 硬 化混凝土的抗压强度、 抗折 强度按 公路 工程水泥 及水泥混凝土试验规程( J T G E 3 0 -2 0 0 5 ) 进行试 验 ， 抗压强度试件 尺寸为 1 5 0 m m 1 5 0 m m1 5 0 m m， 标准 养 护 7 ， 2 8 d龄 期 ； 抗 折 强 度 试 件 尺 寸 为 1 0 0 m m 1 0 0 m m 4 0 0 m m， 标准 养 护 7 ， 2 8 d龄 期 1 3试 验参 数 的选 择 桥面铺装混凝土强度等级为 C 5 0 ； 玄武岩纤维 掺量为 1 5 ， 2 5 ， 3 5 k g m ； 聚合物乳液掺量为混凝 土中胶凝材料用量的 3 ， 5 ， 1 0 ， 1 5 由于聚合物胶液中含有 4 9 的水 ， 为了保持水 胶 比不变 ， 对添 加聚合 物 乳液 的混凝 土 ， 从基 准混 凝 土配合比用水量中扣除聚合物乳液含有的水分 ， 其 他用 量与 基准 混凝 土 相 同 桥 面铺 装 C 5 0混 凝 土 的 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 9 1 5 基金项 目： 河南省交通科技项 目( 2 0 1 2 D 2 1 ) 作者简介 ： 宋 云祥 ( 1 9 6 0 一 ) ， 男 ， 江苏徐州人 ， 高级工程师 ， 主要从 事高性能混凝土技术方面的研究 第 3 3卷第 6期 宋云祥 ， 等 ： 玄武岩纤 维增 强聚合物混凝土基本力学性能试验研究 1 9 基准配合 比见表 1 表 1 C5 0混 凝 土 基 准 配 合 比 k g m 2 结果 分析 2 1 玄武岩纤维增强聚合物混凝土工作性能影响 因素 分析 混凝土的工作性能直接影响其使用效果 ， 笔者 分别 测 试 了在 不 同玄武 岩纤 维和 聚合 物掺 量 情况 下 的混凝土工作性能 ， 玄武岩纤维增强聚合物混凝 土 的坍落度测试结果见表 2 表 2中 P代表基 准混凝 土配合 比， F代表玄武岩纤维 ， R代表丁苯聚合物乳 液 ， 后缀数字分别代表玄武岩纤维掺量和聚合物乳 液 掺 量 ，如 F 2 5 R l O 代 表 玄 武 岩 纤 维 掺 量 为 2 5 k g m ， 聚合物乳液掺量为 1 0 其 后表格 中的 编号所代表的意义同此处解释 表 2 玄武岩纤维增强聚合物 混凝 土坍落度 m m 编号 坍落度 编号 坍落度 P 2 0 0 F1 5R1 0 21 5 F1 5 2 0 0 F 25R1 0 2 0 5 F2 5 1 9 O F 25R0 5 1 9 5 R05 2 0 5 F 25R1 5 2 2 0 Rl 0 21 5 通过 比较 表 2中数据可知 ： 在单掺玄武岩纤 维时 ， 随着掺量的增加 ， 混凝土拌合物 的坍落度与基 准混凝土相 比存在逐渐减小的趋势 主要的原 因是 ： 一 方面， 玄武岩纤维的 比表面积较大 ， 且表面粗糙 ， 摩擦系数较高 ， 从而增 大了拌合物流动时 的相对摩 擦力 ； 另一方 面， 主要是 由于玄武岩纤 维与其他 材料混合后 ， 分散成细微的絮状纤维丝 ， 需要大量的 水泥浆包裹这些絮状纤 维丝， 使得新 拌混凝 土的黏 度增加 ， 降低 了流动性 在单掺 聚合物乳液时 ， 随 着掺量的增加 ， 混凝土拌合物的坍落度与基准混凝 土相 比存在逐渐增大的趋势 ， 主要的原因是 ， 其他组 分条件一定时 ， 乳胶 比提高 ， 混 凝土有效水胶 比提 高 ， 使得? 昆 凝土拌合物 的流动性增大 在玄武岩纤 维与聚合物乳液复掺 的情况下 ， 玄武 岩纤维或聚合 物乳液掺量一定时 ， 玄武岩纤维掺量 或聚合物乳液 掺量对复掺混凝土坍落度的影响规律基本等同于基 准混凝土 ， 聚合物乳液 对混凝 土坍落度 的贡献基 本 能够抵消玄武岩纤维对混凝土坍落度的降低 ， 二者 复掺时能够使混凝土具有良好 的工作性能 2 2 玄 武岩 纤维 增 强 聚 合物 混凝 土 抗 压 强 度影 响 因素分 析 混凝土的抗压强度是评定混凝土强度等级的指 标 ， 笔 者 分别测 试 了不 同玄 武 岩 纤 维 和 聚合 物 掺 量 情况下混凝土的抗压强度 ， 玄武岩纤维增强 聚合物 混 凝 土 7 d和 2 8 d抗 压强 度测 试结 果见 表 3 表 3 玄武岩 纤维增强聚合物混凝土抗压强度 MP a 抗折强度 抗折强度 7 d 28 d 7 d 2 8 d P 58 5 62 6 F1 5R1 0 5 7 8 6 4 9 F1 5 58 1 6 3 8 F2 5R1 O 5 7 2 6 6 6 F 25 5 7 9 6 5 9 F 25R0 5 57 4 6 4 6 R05 5 7 4 6 4 0 F 25R1 5 55 6 63 9 R1 0 5 3 2 6 4 8 比较表 3中数据可得 ： 单掺玄武岩纤维时， 随 掺量 的增 加 ， 玄武 岩 纤 维 混 凝 土 7 d龄 期 的抗 压 强 度略有下降 ， 2 8 d龄期的抗 压强度有较 小增 长 由 此表 明玄 武岩 纤 维 对 混凝 土 2 8 d龄 期 抗 压 强 度 的 提高作用有限 单掺聚合物乳液时 ， 随着掺量的增 加 ， 混凝土 7 d抗压强度呈 现 明显 的降低趋势 ， 但 2 8 d 龄期抗压强度除 R1 5外 ， 其他强度均高于基准 混凝土 究其原 因， 随着丁苯聚合物乳液 的掺入 ， 乳 液形成 的薄膜填塞 了混凝 土中的开 口孔隙 ， 且形成 的闭 口孔隙随着丁苯 聚合物乳 液掺量 的增 多而增 多 ， 这有助于保持混凝土 内部的孔隙水 ， 使得水泥的 水化更充分 这样 ， 在早期乳液 未充分失水 的情 况 下 ， 它就如 同“ 软 弱夹层” 而 降低 了混凝 土早期 强 度 ， 但在后期却发挥了填塞开 口孔隙、 保持 内部孔隙 水使水泥充分水化的作用 ， 从而提高 了混凝土的后 期抗 压 强度 在玄 武 岩 纤 维 与 聚合 物 乳 液 复掺 的情况下 ， 玄武岩纤维或聚合物乳液掺量一定时 ， 玄 武岩纤维掺量或聚合物乳液掺量对复掺混凝土抗压 强度 的影响规律基本等 同于基准混凝 土， 玄武岩纤 维与聚合物乳液 复掺对混凝土抗压强度 提高不 明 显 ， 较基准混凝土略有提高 2 3 玄武 岩 纤维 增 强 聚 合物 混 凝 土 抗 折 强度 影 响 因素分 析 混凝 土 的抗折 强度 在一 定程 度上 反映 混凝 土 的 韧性 ， 分别 测试 了不 同玄 武 岩 纤 维 掺 量 和 聚合 物 掺 量情况下混凝土的抗折强度 ， 玄武岩纤维增强聚合 物混凝土 7 ， 2 8 d龄期抗折强度测试结果见表 4 比较表 4中数据可知 ： 单掺玄武岩纤维时 ， 随 着掺量 的增加， 7 d和 2 8 d龄期混凝土的抗折强度 均呈现增大趋势， 玄武岩纤维掺量为 2 5 k g m 时 7 d 抗折强度比基准混凝土提高了约 8 玄武岩纤维 2 0 华北水利水 电学院学报 2 0 1 2年 1 2月 表 4玄武岩纤维增强聚合物混凝土抗折强度 MP a 抗折强度 。 抗折强度 7 d 28 d 7 d 2 8 d P 6 40 7 5 0 F1 5R1 0 7 0 9 8 5 0 F1 5 6 6 8 7 5 9 F2 5R1 0 7 5 0 8 8 0 F 2 5 6 9 0 7 7 0 F 25 R0 5 7 2 3 8 61 RO5 7 1 2 8 9 0 F2 5Rl 5 7 2 0 7 4 6 R1 O 7 3 0 9 2 0 的加入 提高 了混 凝 土 的抗 折 强 度 ， 主 要 是 由于纤 维 在 混凝 土粗 骨料 剪 切 作用 下 更 易 分 散 均 匀 ， 加 上 其 比表面积大 ， 且水泥水化产物会 附着在纤维表面生 长， 使混凝土基体对纤维间的握裹力增加 ， 同时玄武 岩纤维的弹性模量较高 ， 与混凝土复合增强作用较 大， 有利于混凝土抗 折强度 的提高 单掺 聚合 物乳 液 时 ， 随着 聚合 物 乳 液 掺量 的增 加 ， 混凝 土 7 d 和 2 8 d龄期 抗折 强度 增大 趋势 比较 明显 聚 合物 乳 液掺量为 1 0 时， 2 8 d抗折强度较基准混凝土提高 了约 2 3 由此可见聚合物乳液的加入显著提高 了 混凝土的韧性 玄武岩纤维与聚合 物乳液复掺 的情况下， 最明显的两个效果是 ： 一方面提高了掺纤 维混凝土抗折强度 ， 特别是其 2 8 d龄期 的抗折强度 要高于单掺纤维或丁苯乳液混凝土的抗折强度 ， 较 基准混凝土抗折强度提高 2 0 左右 ； 另一方面减小 了单掺纤维混凝土早期抗压强度下降的幅度 由此 表明， 丁苯聚合物乳液的掺 入增强 了纤维与基体 的 黏结 ， 对纤维与水泥石基体之间的界面性状起 到了 一 定 的改善作 用 度略微降低 ， 但很好地保持了 2 8 d龄期混凝土的抗 压强度 ， 提高了混凝土 的抗折强度 2 ) 丁苯聚合物乳液 的掺入 虽然使混凝土早期 的抗压强度略有降低 ， 但较大 幅度地提高了混凝土 抗折强度及后期的抗压强度 3 ) 玄武岩纤维掺量 和聚合 物乳液掺量对混凝 土韧性的改善作用均存在一个合理的掺量范 围， 并 非掺量越高对混凝土性能的改善作用越大 4 ) 在玄 武 岩纤维 和 聚 合 物乳 液 掺 量 一定 时 ， 玄 武岩 纤维增 强 聚合物 昆 凝 土具 有 良好 的工作性 能 和 优异的力学性能 ， 很好地提高了混凝 土的抗折强度 和韧 性 参 考 文 献 1 崔毅 华 玄武 岩 连续纤 维 的 基本 特性 J 纺 织学 报 ， 2 0 0 5 ， 2 6 ( 5 ) ： 1 2 01 2 1 2 3 4 5 6 3 结语 7 1 ) 玄武岩纤维 的掺入使 混凝 土的早期抗压强 齐风杰 ， 李锦文 ， 李传 校 ， 等 连续 玄武 岩纤维研 究综述 J 高科 技纤 维与应用 ， 2 0 0 6 ， 3 1 ( 2 ) ： 4 2 4 6 尚宝月 ， 杨绍斌 玄武岩纤维 聚合物 复合材料 的研究进 展 J 化工进展 ， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 8 ) ： 1 7 7 61 7 7 1 黄跟来 ， 孙志杰 ， 王明超 ， 等 玄 武岩纤 维及其 复合材料 力学性能试验研究 J 玻璃钢 复合材料 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 2 4 27 王培铭 ， 许 绮 ，S t a r k J 桥面 用丁 苯乳 液改 性水 泥砂 浆 的力学性能 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 1 ， 4 ( 2 ) ： 1 4 31 4 7 KAT A A Ef f e c t o f fibe r mo d u l u s o f e l a s t i c i t y o n t he l on g t e r m p r o p e r t i e s o f mi c r o - fibe r r e i nf o r c e d c e me nt a t i o n s c o m- p o s i t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e ， 1 9 9 6 ， 1 8 ( 6 ) ： 3 8 9 3 99 梁乃兴 聚合 物改性 水泥 混凝 土 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 1 9 9 5 Re s e a r c h o n Ba s i c M e c h a ni c a l Pr o pe r t i e s o f Po l y m e r Co nc r e t e St r e ng t h e n e d wi t h Ba s a l t Fi b e r S ONG Yu n - x i a n g ，r ANG J i n g，WANG J i a n q i a n g ( He n a n T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e C o ，L t d ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 6，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n t h i s p a p e r ，t h e mi x t u r e p e rfo r ma nc e a n d b a s i c me c ha n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e we r e t e s t e d ，a n d t h e i nf lu e n c e s o f di ffe r e nt do s a g e s o f b a s a l t fibe r a n d p o l y me r e mu l s i o n o n t h e wo r ki n g p e r f o r ma nc e，c o mp r e s s i v e s t r e ng t h a n d f l e x ur a l s t r e ng t h o f c o n c r e t e we r e s t u d i e dTh e r e s u l t s s h o we d t ha t whe n t h e b a s a l t fib e r a n d p o l y me r e mu l s i o n we r e d o pe d s e p a r a t e l y，wi t h t he d os a g e o f b as a l t fibe r o r p o l y me r e mu l s i o n i nc r e a s i n g，t he c o mp r e s s i v e s t r e ng t h o f c o n c r e t e a t t he a g e o f 7 d de c r e a s e d s l i g h t l y ，t h e c o mpr e s s i v e s t r e ng t h i n c r e a s e d l e s s o b v i o us l y a t t h e a g e o f 2 8 d，t h e fle x ur a l s t r en g t h wa s s i g ni fic a n t l y i mpr o ve dTh e r e s u l t s a l s o i n di c a t e d wh e n t h e d o s a g e o f b a s a l t fib e r a nd po l y me r e mul s i o n wa s s u i t e d，t he b a s a l t fib e r r e i n f o r c e d p o l y me r c o nc r e t e wa s wi t h g o o d wo r k i ng p e rfo r ma nc e a nd e x c e l l e nt fle x u r a l s t r e ng t h Ke y wo r ds ：b a s a l t fib e r；p o l y me r c o nc r e t e；c o mpr e s s i v e s t r e n g t h；fle x u r a l s t r e n gt h ( 责 任 编 辑 ： 乔 翠 平 )