机场道面合成纤维混凝土收缩变形牲能.pdf

杆 建巍 全 国 中 文 核 心 期 刊 机场道面合成纤维混凝士收缩变形牲能 朱志远 ， 岑国平 ， 马国强 ( 1 空军工程大学 工程学院 ， 陕西， 西安7 1 0 0 3 8 2 空军后勤部 ， 北京1 0 0 7 2 0 ) 摘要 ： 针对机场道面混凝土可能所处的环境， 研究了不同养护条件下改性聚酯纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土的收缩变形性 能， 并对 2种合成纤维混凝土 的收缩变 形性 能进行了比较 。结果表 明， 在 各种养 护条件下 ， 掺入合成纤维均有利于减 少混凝 土的收 缩， 在相同掺量下， 改性聚酯 纤维 的抗收缩性能优于聚丙烯纤维 。 关键词 ： 合成纤维混凝土： 机场道面； 收缩； 养护条件 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 7 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 1 1 - 0 2 Exp er i men t o n s hr i nkag e de f or mat i o n pr o pe r t y o f SFRC f or ai r po r t p av e m e n t Z HU Z h i y u a n ， C E N Gu o pi n g ， MA Gu o q i a n g 2 ( 1 Co l l e g e o f En g i n e e rin g ， Ai r Fo r c e En g i n e e rin g Un i v e r s i t y ， Xi a n 71 0 0 3 8 ， S h a a n x i ， Ch i n a； 2 A i r F o r c e L o g i s t i c D e p a r t me n t ， B e i j i n g 1 0 0 7 2 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ac c o r d i n g t o t h e r e a l c o n d i t i o n o f p a v e me n t c o n c r e t e i n p r a c t i c e， t h e i n flu e n c e s o f d i f f e r e n t c u ri n g c o n d i t i o n s o n t h e s h rin k a g e d e f o r ma t i o n o f mo d i fie d p o l y e s t e r fib e r c o n c r e t e a n d p o l y p mp y l e n e fi b e r c o n c r e t e we r e i n v e s t i g a t e d a n d c o mp a r e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t s y n t h e t i c fi be r c o u l d r e d u c e t h e s h rin k age d e f o r ma t i o n o f c o n c r e t e wi t h i n a l l c u r i n g c o n d i t i o n s c o n s i d e r e d， wh i l e t h e a d d i n g d o s a g e o f fib e r i s e q u al ， t h e s h rin k a g e r e s i s t a n c e p r o p e rty o f mo d i fi e d p o l y e s t e r fi b e r i s h i s h e r t h a n t h a t of p o l y pr o p y l e n e fib e r Ke y wo r ds ： s y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e( S F RC)； a i r p o r t p a v e me n t ： s h r i nk age； c u rin g c o n d i t i o n 混凝土破坏过程是其内部原有的微裂纹在外界因素作用 下， 不断扩展、 并集、 聚合， 形成宏观裂纹的过程。而混凝土各 种微裂缝的形成和贯通，又为各种有害介质入侵提供了快速 通道， 这严重影响到混凝土结构的耐久性和使用寿命l l1 。机场 道面混凝土一般为素混凝土， 属于薄板结构， 大面积铺筑于露 天环境， 施工时易受温度、 湿度和风力的影响， 容易出现收缩 开裂现象。 可以说， 由裂缝引起的混凝土耐久性破坏是干燥气 候条件下机场道面所面临的主要问题2 1 。加入合成纤维提高 混凝土的抗裂性是目前最为常用的方法之一，并在机场道面 中成功应用 取得了良好的效果引 。收缩是引起混凝土开裂的 主要原因， 是材料开裂的导火索。因此， 对混凝土收缩的研究 一 直受到国内外学术界和工程界的重视 。目前关于合成纤 维对道面混凝土收缩变形影响的研究还不是很多，一些研究 结果之间还存在分歧，且没有考虑外界环境的变化可能对结 果造成的影响圈 。文献f 5 1 探讨了温度、 湿度、 风速及覆盖方式 基金项 目： 空军后勤部科研项 目( K H 0 6 1 7 0 3 9 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 0 一 O 1 0 4 作者 简介 ： 朱志远， 男 ， 1 9 8 1 年生 ， 河南许 昌人 ， 博士 ， 研 究方向： 机场 施工与材料 。地 址： 空军工程 大学工程学 院机 场建筑工程 系， 电话 ： 1 5 9 0 2 91 8 9 3 3， E ma i l ： z z y b a mr a i n 1 6 3 c o n。 对合成纤维混凝土抗裂性能的影响，为评价合成纤维对混凝 土的抗裂效果提供了参考。 本文是对其进一步研究， 主要研究 了不同养护条件下， 合成纤维混凝土的收缩变形性能， 期望能 为提高机场道面和公路路面混凝土的抗裂性提供参考。 1 试验 1 1 原材料与配合比 水泥为P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥；纤维为单丝聚丙烯纤 维( P P ) 和改性聚酯纤维( P E T ) ， 具体性能指标见表 1 ； 减水剂 为J M 一 型萘系高效减水剂。 表 1 纤维的性能指标 编号 混凝 土配合 ( k g m3) 2 8 d强度 MP a 水泥 水 石子 砂子 减水剂 抗折 抗压 普通基准混凝土配合比见表2 ， 纤维混凝土在此基础上， NE W BUl L DI NG MAT E RI AL S -1 1 1 4 1 5 6 6 2 2 2 8 8 8 M 3 3 3 叱 唧 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 朱志远 ， 等： 机场道面合成纤维混凝土收缩变形性能 每立方米分别掺入0 9 k g 的P P 和P E T纤维。合成纤维对混 凝土的抗折强度略有提高， 与先前的研究结果一致i6 1 。 1 2 试验方案 根据养护温度、 湿度和龄期制定养护方案， 模拟现场环境 条件，考察合成纤维在不同养护条件下对混凝土收缩变形的 影响。 安排3 组试验， 每组设计3 个体系混凝士配比( 见表2 ) ， 分别评价不同养护条件下纤维混凝土的变形特性。 养护环境分别为室内养护室( S N ) 、 室内自然环境( z R ) 及干燥养护箱( G z ) 。 具体环境条件为： S N 采用空调控温， 喷水增湿， 温度为( 2 0 5 ) o C ， 相对湿度为7 5 9 5 ； z R 前 1 4 d 试件表面覆盖无纺布并浇水。试验期曰最高气温 l 5 3 6 ， 日最低气温7 2 8 ， 空气相对湿度 2 1 一 9 6 ； G z 一 在养护箱中 进行， 温度为( 2 0 2 ) o C 、 相对湿度为6 0 5 。 第1 组和第2 组试验，试样成型后，立即置于温度为 ( 2 0 -+ 5 ) o C 、 相对湿度7 5 9 5 的养护率养护， 带模养护 1 d 后拆模并测量其长度 f 1) 作为基准长度。拆模后的试件分别 置于室内养护室( S N ) 和室内自 然环境( z R ) 中养护， 测试不同 养护条件下试件在不同龄期的长度 ) 。 第3 组试验， 试样成型后， 立即置于温度为( 2 0 -+ 3 ) o C 、 相 对湿度9 0 以上的标准养护室养护，带模养护 1 d 后拆模并 测量其长度 0 ) 作为基准长度。拆模后的试件再置于标准养 护室中浸水养护7 d ， 取出测量其长度( 7 ) ， 随后移入干燥养 护箱( G Z ) 中养护， 测试试件在不同龄期的长度( 己 ) 。 1 3 测试 方法 收缩试验参照J T G E 3 0 - - 2 0 0 5 公路工程水泥及水泥混凝 土试验规程 中T 0 5 6 6 -2 0 0 5 规定的试验方法进行， 试件尺 寸为 1 0 0 m m x l 0 0 m m x 5 1 5 m m 。 测量装置为混凝土收缩仪， 精 度为0 0 1 m r n 。 2 试验结果及分析 2 1 普通混凝土在不同养护条件下的收缩变形 各种养护条件下， 普通混凝土的收缩变形如图l 所示。 图 1 普通混凝土的收缩变形 从图1 可以看出： ( 1 ) 室内( s N ) 养护下， 普通混凝土随着 龄期的增长， 其收缩变形曲线变化幅度不大， 这表明混凝土表 面保持一定的湿度能够有效降低混凝土的干燥收缩变形。 ( 2 ) 随着养护条件的劣化，混凝土的收缩加大。相比S N养护条 件， 自 然( z R ) 和干燥( G z ) 养护条件下， 普通混凝土的收缩变 形分别增加了2 7 0 和 3 0 2 。 2 2 合成纤维对混凝土收缩变形的影响 聚丙烯纤维和改性聚酯纤维混凝土在各种养护条件下的 收缩变形如图 2 所示。 龄期 d 龄期 d ( a ) s N 养护 ( b ) z R 养护 图 2 聚丙烯纤维和改性聚酯纤维混凝土的收缩变形 从图2 可以看出： ( 1 ) 无论是s N养护、 还是z R养护， 或者是水养7 d 后再 进行干燥( G Z ) 养护， 聚丙烯纤维和改性聚酯纤维混凝土的收 缩率均小于普通混凝土，说明掺入合成纤维能够减少各种养 护环境下混凝土的收缩。但合成纤维对提高混凝土抗收缩变 形的贡献不同， 在浸水养护条件( 7 ) ， 普通混凝士与合成纤维 1 2 新型建筑材料 2 0 1 0 7 甲 2 褂 婚 ( c ) G Z 养护 混凝土同时表现为微小收缩， 且收缩率非常接近， 这表明纤维 在水养条件下， 对混凝土的收缩变形没有贡献； 当试样置于自 然环境( z R ) 和干燥环境( G z ) 下， 合成纤维混凝土早期收缩率 远低于普通混凝土，这表明越恶劣的环境条件越能体现纤维 对混凝土抗收缩变形能力的贡献。 ( 下 转 第 3 0页 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 官玲俊， 等： 夏热冬冷地区建筑保温砂浆保温系统节能潜力分析 从图4 可以看出， 冬季供热季节不同保温砂浆厚度其节 能效果变化较大， 而夏季空调季节其节能效果并不明显。 表5 为上海地区在不同保温砂浆厚度下建筑能耗模拟结 果及节能率。 表 5 上海地区建筑能耗模拟结果及节能率 砂浆厚 热负荷 冷负荷 热负荷 冷负荷 负荷 度 mm ( k W h m2 )， ( k W h m )节能率 节能率 节能率 从表5 及图4 可以看出，当保温砂浆厚度在3 0 m i l l 时， 节能效果最显著， 其全年累计热负荷节能率达3 0 6 8 ， 全年 累计冷负荷节能率一 2 4 2 ， 其总的节能率达2 8 2 6 。 2 结论 通过对新型无机保温砂浆在夏热冬冷地区重庆、 武汉、 上 海办公楼建筑上的应用进行能耗模拟分析得出， 重庆、 上海地 ( 上 接第 l 2页 ) ( 2 ) 在Z R和G Z 条件下， 相比普通混凝土， 聚丙烯纤维混 凝土 3 d和 9 0 d的收缩率分别下降了 3 6 5 、 3 2 1 和 1 4 4 、 1 4 6 ，这表明聚丙烯纤维对混凝土抗收缩能力的贡 献主要体现在早期。 ( 3 ) 在喷水增湿的条件下， s N养护的普通混凝土略有收 缩， 而纤维混凝土在 1 d 时则有微小膨胀， 表现出体积变形的 增长。 这种膨胀可以认为是混凝土可逆收缩的一种表现， 其原 因可能是由于合成纤维混凝土的增稠效应导致混凝土的表面 密实度低于普通混凝土所造成的 。当试件养护到3 d时， 合 成纤维混凝土和普通混凝土的微应变水平又基本相同； 3 7 d 普通混凝土继续收缩， 而纤维混凝土基本无收缩， 1 4 d 和2 8 d 的应变水平又趋于接近， 但6 0 d 和9 0 d 的收缩， 纤维混凝土小 于普通混凝土。 总之， 在S N养护条件下， 纤维混凝土和普通混 凝土的收缩变形差别不大， 这表明有效改善混凝土所处的环境 条件， 即 使不掺加纤维， 也能改善混凝土的抗收缩能力。 ( 4 ) 改性聚酯纤维和聚丙烯纤维对混凝土的收缩变形影 响规律基本相同。 但在相同掺量条件下( 0 9 k g m ) ， 改性聚酯 纤维对混凝土的抗收缩性能优于聚丙烯纤维。 3 0 新型建筑材料 2 0 1 0 7 区保温砂浆厚度为3 0 m m时， 节能率分别为3 1 7 2 、 2 8 2 6 ； 武汉地区保温砂浆厚度为2 5 m m时， 节能率为2 6 7 1 。 ( 1 )在不同地区，保温砂浆保温系统的节能效果并不相 同， 保温砂浆对降低建筑热负荷的效果非常明显， 但对建筑的 冷负荷的影响相对较小。 主要原因是在夏热冬冷地区， 冬季平 均温度较低， 室内外温差较大， 当保温层增加到一定厚度时， 有效地减小了窜内外建筑热流的作用； 但夏季内外温差较小， 保温的效果不是很明显， 再者就是由于夏季保温厚度增加， 使 得建筑的蓄热能力增加。 白 天的蓄热到晚上就难以散发出去。 第二天空调开启时， 此部分能量变变成了冷负荷， 增加了空调 系统的能耗。 ( 2 ) 不同地区由于气候特点的不同， 导致保温砂浆最佳节 能厚度存在差异。 同时在使用保温砂浆时并不是越厚越好， 而 应根据每个地区的气候条件进行全年能耗模拟计算，得出其 最佳厚度， 使其具有最好的节能经济效益。 参考文献 ： 1 】 G B 5 0 1 8 9 -2 0 0 5 ， 公共建筑节能设计标准【 s 】 2 陶有生 烧结保温砌块与建筑节能 砖瓦 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 5 - 7 【 3 江亿 建筑环 境系统模拟 分析方法一 D e S T M 北京 ： 中国建筑工 业出版社， 2 0 0 6 A 3 结语 ( 1 ) 在3 种养护条件下， 掺入合成纤维均有利于减少混凝 土的收缩， 尤其是早期收缩； 在相同掺量下， 改性聚酯纤维的 抗收缩性能优于聚丙烯纤维。 ( 2 ) 在浸水养护条件下， 纤维对混凝土的收缩变形几乎没 有贡献，环境条件越恶劣愈能体现合成纤维对混凝土抗收缩 变形能力的贡献。 参考文献 ： 【 1 】 Me h t a P K 混凝土 ： 微观结构 、 性 能和材 料【 M 覃维祖 ， 王栋 民， 丁建彤， 译 北京： 中国电力出版社 ， 2 0 0 8 2 】 朱志远 合成纤维高性 能道面 混凝土配合 比设计 与抗裂 性试验 研究 D J 西安： 空军工程大学， 2 0 0 7 【 3 】 朱志远 ， 王硕 太， 邓可库 新型机场道面混凝土性能研究m 新型 建筑材料 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 6 7 6 9 【 4 】 马一平， 仇建刚， 王佩 铭， 等 聚 丙烯纤维对水泥砂浆塑性 收缩行 为的影响f J 1 建筑材料 学报 ， 2 0 0 5 ， 8 ( 5 ) ： 5 0 0 5 0 7 5 】 马国强， 岑 国平 ， 朱 志远 ， 等 机场道面纤维混凝 土早期抗裂性试 验方法探讨lJ I 混凝土 ， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 4 7 4 8 6 j 岑 国平 ， 朱志远 ， 王硕太， 等道 面合成纤维混凝土性能的试验与 比较 J I 混凝土， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 4 5 4 6 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m