聚丙烯腈纤维对混凝土耐久性的影响.pdf

王学军等 ： 聚丙烯腈纤维对混凝 土耐久性 的影 响 2 7 聚丙烯腈 纤维对混凝土耐久性 的影响 王学军 ， 江守恒 ( 1 ．黑龙江岁宝热电有限公 司 ． 哈尔滨1 5 0 0 8 0； 2 ．黑龙江省 寒地建筑 科学研究院． 哈尔滨1 5 0 0 8 0) 【 摘要】 主要研究了聚丙烯腈纤维对混凝土抗裂性、 力学性能和耐久性的影响规律。试验结果表明： 掺人 聚丙烯腈纤维对混凝土力学性能无明显影响， 但可显著改善混凝土早期抵抗塑性收缩开裂的性能， 当纤维体积掺 量达到 1 1 0 k g ／ m 后 ， 平均开裂面积仅为基准混凝土 1 ／ 3 ， 单位面积总开裂面积不足基准混凝土的2 0 ％， 最大裂缝 宽度 <0 ． 5 m m。聚丙烯腈纤维的加入能够提高混凝土的抗冻性和抗渗性， 掺量为 0 ． 8 k g ／ I 1 1 3 时对混凝土耐久性改 善最为明显。 【 关键词】 混凝土； 聚丙烯腈纤维 ； 早期开裂； 耐久性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 5 7 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 4 — 0 0 2 7 — 0 3 0 引言 近年来， 随着建设工程和混凝土配制需求的不断 提高， 我国的水泥工业也取得 了持续、 快速 的发展。 为满足混凝 土性能的要求， 水泥品质得到大幅度提 高。而强度是混凝土配合比设计的一个基本前提 ， 强 度是检验混凝土工程质量的一个非常重要的指标 ， 同 时， 强度也是检验水泥是否满足出厂要求的一个重要 指标。因此， 混凝土生产者和使用者对水泥品质的要 求也往往最强调强度。水泥生产技术 的进步受到混 凝土强度不断提高的影响， 导致 了一种盲 目追求市场 需求的结果 ， 就是水泥粉磨细度越来越大 ， 水泥强度、 尤其是早期强度越来越高 ， 致使近年来混凝土开裂现 象频繁发生⋯。众所周知， 开裂对混凝土的整体性、 力学性能和耐久性等影响显著， 直观上也给人一种不 安全感。提高混凝土尤其是高强、 高性能混凝土抗裂 性是工程技术人员十分关注的问题。提高混凝土的 抗拉强度， 以抵抗收缩受约束而产生的拉应力是解决 混凝土早 期开 裂 的有效 手段 。 目前 国际上公 认 掺加 纤维是提高混凝土抗裂性和韧性的有效方法 “ 。钢 纤维 、 有机纤维、 无机纤维 、 天然纤维 和合 成纤维 等等 各种各样的纤维已被应用到混凝土中。聚丙烯纤维 以其密度小、 单丝直径小和弹性模量低等优越的性能 在混凝土中大量应用并取得 了很大进展。尽管其较 低掺率就能在混凝土中起到明显的阻裂与增韧作用， 但是其直径小易结团， 若搅拌过程 中分散不好可能会 对混凝土的工作性带来不利影响， 对混凝土耐久性方 面影响方面的研究亦不深入。因此， 文中主要研究工 程中常用的有代表性的聚丙烯腈纤维对混凝土抗裂 性 、 力学性能和耐久性的影响规律。 1 原材料及配合比 试验采用 P0 4 2 ． 5普通硅酸盐水泥； I 级粉煤 灰 ， 性能 指标 见表 1 ； 中砂 ， 细度 模 数 2 ． 6 ， 表 观 密 度 2 6 3 0 k g ／ m 。 ； 5—2 5 m m连续级配碎石； 萘系高效减水 剂， 减水率2 0 ％； 聚丙烯腈高分子合成纤维， 截面形状 哑铃型， 其性能指标见表 2 。混凝 土设计 强度等级 C 5 0 ， 聚丙烯腈纤维掺量分别为 0 ． 6 、 0 ． 8和 1 ． 0 k g ／ m ， 基准混凝土配合比见表 3 。在混凝土搅拌过程中， 为 使纤维分散均匀， 避免发生团聚现象， 先将纤维与水 泥混合搅拌 3 0 s ， 再加入集料搅拌 3 0 s ， 最后加入水和 外加剂进行搅拌。 表 1 粉煤灰性能指标 ％ 表2 聚丙烯腈纤维性能 表 3 混凝土配合比 2 试验结果与分析 2 ． 1 聚丙烯腈纤 维对混凝 土抗裂性的影响 采用平板式试验法研究了聚丙烯腈纤维掺量对 混凝土抗裂性的影响 ， 试验结果见表 4和表 5 。 由表 4和表 5的试验结果可以看出， 聚丙烯腈纤 维的掺人对 混凝 土抵 抗早 期塑 性 收缩开 裂具 有 明显 的作用 ， 并且随纤维体积分数的增加 ， 单位面积开裂 裂缝数 目降低， 平均开裂面积 、 开裂总面积和最大裂 缝 宽度均成倍 减 少。当纤维体 积掺 量达 到 1 ． O k g ／ m 低温建筑技术 2 0 1 4年第4期( 总第 1 9 0 期) 后， 平均开裂面积仅为基准混凝土 1 ／ 3 ， 单位面积总开 裂面积不 足基准 混凝土 的 2 0 ％， 最大裂缝宽 度 < 0 ． 5 m m， 且大部分分布在 0 ． 2 ra m以下范围内。 表 4 表5 聚丙烯腈纤维对混凝土裂缝分布的影响条 m 2 ． 2 聚丙烯腈纤维对混凝土力学性的影响 聚丙烯腈纤维掺量对混凝土抗压强度和抗折强 度影响的试验结果见图 1 和图2 。 重 遗 鼎 幽 寮 髓 暖 辖 龄期， } l 图l 纤维掺量对混凝土抗压强度的影响 龄期， } l 2 纤维掺餐对混凝土抗折强度 的影响 由图 1和图2可见， 随着纤维掺量的增加， 混凝土 抗压强度虽略有降低， 但降幅不超过基准混凝土强度 的6 ％； 而混凝土抗折强度则与基准混凝土相近。聚 丙烯腈纤维人到混凝土中， 具有一定的增稠作用和弱 界面效应， 对混凝土拌合物的工作性和强度略有不利 影响， 但由于纤维的掺量较低 ， 且搅拌过程中注意了 其分散性， 因此以上不利因素对混凝土强度的影响并 不显著。可见， 聚丙烯腈纤维能够阻止早期混凝土发 生塑性开裂， 但对硬化混凝土力学性能的作用不明显。 2 _ 3 聚丙烯腈纤维对混凝土耐久性的影响 采用快速冻融试验法研究 了聚丙烯腈纤维对混 凝土抗冻性的影响， 试验结果 见图 3和图 4 。采用 N E L法研究了 2 8 d龄期时掺聚丙烯腈混凝土的抗渗 性 ， 试验结果见图 5 。 堡 衄I 辎 莹 融 臀 翟 冻融循环， 次 图3 聚丙烯腈纤维对混凝土相对动弹模的影响 1 ．0 o ． 0 杈 删 - 1 ．o 遐 一 2-0 澎 ‘ ＼ L _ J ● _ ● t ● _ o 4 0 8 0 1 2 o l 6 o 2 o ( )2 4 o 2 8 0 冻融循环， 次 图4 聚丙烯腑纤维对混凝土质量变化的影响 由图3和图4可见， 聚丙烯腈纤维的加入能够提 高混凝土的抗冻性 ， 表现为使得冻融循环次数的增加 和质量损失的减小。随着聚丙烯腈纤维掺量的增加 ， 々 昆 凝土抗冻性呈 现先增 加后降 低 的趋 势， 掺 量 为 0 ． 8 k g ／ m 时混凝土抗冻性最佳， 混凝土在经历 2 8 2次 冻融循环之后相对动弹性模量才降低到 6 o ％ 以下。 这是因为在温度降低时， 聚丙烯腈纤维的弹性模量反 而会提高， 且聚丙烯腈纤维具有阻裂作用， 可以阻挡 混凝土内部因受到冻融破坏所产生的微裂纹的扩展。 随纤维的体积掺量的增大 ， 阻裂作用越大， 但是纤维 掺量过多时， 其增稠作用和弱界面效应也会对混凝土 性能产生一定 的负面影响。 由图5可见， 掺聚丙烯腈纤维后 ， 混凝土的抗渗性 明显提高， 且随着聚丙烯腈纤维掺量的增加， 混凝土的 陈俊 咧等 ： 自密实混凝土 I == 作性研究与工程实践 自密实混凝土工作性研究与工程实践 陈俊明 ， 王作然 ( 1 ．中国铁建电气化局集团北方工程公司． 太原0 8 0 0 5 3 ； 2 ．四川省峨眉 山市燕 岗建筑工程有限公 司。 四川 峨眉山6 1 4 2 0 0 ) 【 摘要】 基于工程实际需求 ， 研究了水胶比、 混凝土胶结材料用量、 砂率 、 粗骨料比例对 自密实混凝土 自密 实性能的影响， 根据自密实性能结果结合强度等级要求确定了用于工程实践需求的 50自密实预拌混凝土配合 比， 并成功应用于某地下工程主体结构。 【 关键词】 自 密实混凝土； 自密实性 ； 工程实践 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 4 — 0 0 2 9 — 0 3 0 引言 自密实混凝土 自密实性能影响显著的因素开展试验 自密实混凝土( S e l f —C o n s o l i d a t i n g C o n c r e t e简称 研究( 其他影响因素研究另文讨论) ， 以确定适合工程 s c c ) 定义为： 在 自身的重力作用下， 能够流动、 密实， 使用的地产材料及配合比参数并进行工程应用。 即使存在致密钢筋也能完全填充模板， 同时获得很好 1 原材料及试验研究方案 均质性， 并且不需要附加振动的混凝土⋯。根据其定 自密实混凝土与普通混凝土一样， 是由骨料与浆 义即可获悉自密实混凝土具有非常优异的流动性 、 填 体两相组成的， 只是对于自密实混凝土来说要求粗骨 充性与稳定性能， 且不需人工振捣 ， 这是 自密实混凝 料必须悬浮在水泥砂浆体系当中， 组成体更加均匀稳 土研发的根本 目的。自密实混凝土起源于 2 0世纪 7 O 定， 新拌混凝土在重力作用下产生流动， 并填充到混 年代的欧洲， 随后的 1 0年， 在 13 本得到了长足发展， 国 凝土结构体的各个部位， 最后形成密实匀质的混凝 内的研究在9 0年代即已经开始， 但是实际的应用只是 土， 为达到这样的 自密实性能 ， 需要通过原材料合理 在近 1 O年， 尤其是近五年来得到了充分的重视与推广 选择和配合比参数确定并经过试验得到配合 比。文 应用 。山西省的应用处于起步阶段 ， 为此文中结合 中研究主要集中在前期试验确定 的 C 5 0自密实混凝 实际工程所需， 针对水胶 比、 胶结材料用量、 砂率等对 土基准配合 比( C 5 0混凝土基准配合 比见表 1 ) 基础 氯离子扩散系数降低， 但掺量超过 0 ． 8 k g ／ m 时， 降低 幅度不 明显 。 籁一 耋 瞒、 纤维掺量／ k g‘ Ill 图5 聚丙烯腈纤维对混凝土抗渗性的影响 3结语 ( 1 ) 聚丙烯腈纤维的掺人对混凝土力学性能无 明显影响， 但可显著改善混凝土早期抵抗塑性收缩开 裂的性能， 当纤维体积掺量达到 1 ． O k g ／ r n 后 ， 平均开 裂面积仅为基准混凝 土 I ／ 3 ， 单位面积总开裂面积不 足基 准混凝 土的 2 0 ％ ， 最大裂缝宽度 < 0 ． 5 m m。 ( 2 ) 聚丙烯腈纤维的加入能够提高混凝土的抗 冻性和抗渗性。随着聚丙烯腈纤维掺量的增加 ， 混凝 土的抗渗性提高， 但增加幅度不明显， 而混凝土抗冻 性呈现先增加后降低的趋势， 综合考虑， 聚丙烯腈纤 维掺量为0 ． 8 k g ／ m 时混凝土耐久性最佳。 参考文献 [ 1 ] 廉慧珍 ， 梁文泉 ． 水泥的品质和混凝土质量的关系( 上) [ J ] ． 混凝土与水泥制 品, 2 0 0 2， ( 6 ) ： 5 2— 5 4 ． [ 2 ] 邓宗才， 何唯平， 张国庆 ． 聚丙烯腈纤维对混凝土早期抗裂性 能的影 响[ J ] ． 公路 ， 2 0 0 3， ( 7 ) ： 2 6—3 1 ． [ 3 ] 曲旭光 ， 史保华， 彭洪波 ． 聚丙烯腈纤维混凝土性能试验研究 [ J ] ． 混凝土， 2 0 0 9 ， ( 4 ) ： 2 3 — 2 4 ． [ 4 ] 马刚峰， 常青， 王新欣 ． 聚丙烯腈纤维在提高混凝土性能上的 应用[ J ] ． 化学工业， 2 0 1 1 ． ( 1 1 ) ： 2 6 ． [ 收稿日期] 2 0 1 4— 0 2— 2 4 [ 作者简介] 王学军 ( 1 9 6 3一) ， 男 ’ 【 “ 东荣 成人 ， 专科 ， 主要从 事水泥生产与混凝土研究工作 。