温度对C50纤维混凝土力学性能的影响.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 C o 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 we r Vo 1 33 No 6 De c 2 01 2 文章编号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 1 0一 O 4 温度对 C 5 0纤维 混凝 土力学性能的影响 王 艳 ， 庞 二波 ，张恒春 ， 杨 龙 ，岳健 男 ( 中建商 品混凝土有 限公 司， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 ) 摘要 ： 结合武汉市某工程大体积混凝 土实测 温度 ， 试 验研 究了高 温高碱环 境对纤 维 自身力 学性 能的影 响 ， 及不同养护温度下混凝土的力学性能发展趋势 试验结果表 明 ： 聚丙烯纤 维在 1 0 浓度 的 N a O H溶 液中浸泡 2 4 h且经历室温一6 5一 室温循 环 ， 纤维 自身力学性能下降约 1 0 ； 处理后 的纤维掺人混凝土 中对标准养护 的试块强度无不 良影响 ； 不 同养护 温度 下纤 维混 凝土力学 性能发展趋 势差异 明显 ， 6 5养 护 1 d龄期的轴心 抗压强度 、 弹性模量 、 劈裂抗拉强度可达标准养护 2 8 d龄期 相应参数 的 9 7 ， 7 4 ， 7 4 ， 4 d 龄期轴心抗压强 度 、 劈裂抗拉强度有一定增长趋势 因此 ， 大体积混凝 土实体结 构强 度评 定需 考虑水化温度作用的影响 关键词 ： 监 测曲线 ； 高温高碱 ； 聚丙烯纤 维 ； 水化温度 ； 力学性 能 大体积混凝土浇筑成型后 ， 水泥水化产生大量 热能引起混凝土温度升高 ， 由于混凝土 的传热性能 低 ， 聚集 在混凝 土 内 的热 能不 易扩 散 ， 相 对形 成外 冷 内热 的一个温 度梯 度 随着水 泥水 化 的进行 ， 混凝 土 温度逐渐升高， 体积膨胀 ， 一般为 35 d内部温度 达到峰值 随后混凝土内部热量逐步向外扩散 ， 温度 逐渐降低 工程实践表 明， 水泥水化 热引起的温 度升高值一般在 1 5 3 0 ， 有些情况下甚至可能达 到 5 06 0 高强度混凝土由于水化热产生的高温对于混凝 土强度发展有很大的影 响 有资料报导E 3 3 ， 由于水 化热 的影 响 ， 1 d龄 期 的小 试 件 强 度 可 比实 际 大 尺 寸构 件 中 的强 度低 5 0 ， 而 2 8 d龄 期 的小试 件强度 则可 比实际构件强度 高 3 0 因此 ， 结合武汉某 大 体积纤维混凝土墙体工程温度 实测 曲线 ， 开展聚丙 烯纤维耐高温高碱试验 ， 并在此基础上试验不 同温 度作用对纤维混凝 土的力学性 能影 响， 为大体积纤 维混凝土实体结构的力学性能评定打下基础 1 配合比及温度监测曲线 1 1 配合 比 原材料中粉料体系为 ： P 0 4 2 5普通硅 酸盐 水泥 ； I I 级粉煤灰， 细度 1 4 ， 烧失量 6 ， 需水量比 9 8 ； S 9 5 矿粉 ， 比表面积 4 1 0 m k g ， 密度 2 7 8 k g m ， 2 8 d活性指数 9 8 ； 细集 料为 ： 细度模数 为 2 6 2 8的中粗河砂 ；粗集料为 5 03 1 5 m m连续级 配石灰岩碎石 夕 加剂为聚羧酸高效减水剂 ， 固含量 1 0 ， 减水率 l 8 ； 自来水 ； 聚丙烯纤维 设计 c 5 o ( 6 o d强度评定) 纤维混凝土为泵送施工 配合比， 试验坍落度 1 8 0 2 2 0 m m， 扩展度5 0 0 m m 由大量试验确定其配合 比见表 1 表 1 C 5 0纤维混凝土配合比 k g m 1 2温 度监测 曲线 以 C 5 0纤 维 混 凝 土 应 用 工 程 武 汉 市 协 和 医院肿瘤 中心 医用直线加 速器 机房超厚墙体 为依 托 ， 进行 了混凝土墙体温度监测 ， 考察大体积墙体混 凝土温升规律， 并 以实测温度为媒介 ， 模拟实测温度 对 C 5 0大体积纤维混凝 土力学性能的影 响 5 一9 监测点温度实测曲线如图 1所示 实测曲线包含 1 m9 监测点 ， 由于监测点较多 ， 仅提取 5 一9 监测点实测 曲线 5 一9 监测点 为混 凝土墙体较厚部位 ， 图 1中所示监测点均位于墙体 宽度( 厚度 ) 和高度的中心部位 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 9 2 5 作者简介 ： 王艳 ( 1 9 7 0 一 ) ， 女 ， 四川成 都人 ， 工程师 ， 主要从事 混凝 土质量管控与科技管理方面的研究 第 3 3卷第 6期 王艳 ， 等 ： 温度对 C 5 0纤维混凝土力学性 能的影响 时间m 图 1 5 一9 监测点温度实测 曲线 由图 1可见 ， 本次监测区域中， 温度监测最高点 为 8 测点 自混凝土浇筑开始约 3 d龄期达到温度 最高值 ， 约为 6 4， 由胶凝材料水化放热引起 的最 大温 升 约为 4 1 ； 5个 监 测点 的实测 温 度最 高值 处 于 5 0 6 5范 围 内 2 试验 2 1 试验 内容 根据温度监测 结果 ， 模拟大体积混凝土 的内部 温度和龄期 的共 同作用 ， 设计试验内容 ： 对聚丙烯 纤维进行高温高碱处理 ， 将处理后 的纤维与未处理 的纤维进行力学性能检测 ， 对 比处理前后聚丙烯纤 维 自身力学性能差异 ； 对纤维进行高温高碱浸泡 处理 ， 分别将处理与未处理的纤维依据表 3配合 比 掺人混凝土 中， 在标准养护下 ， 对 比处理前后纤维的 掺人对混凝 土轴心抗压强度 和劈裂抗拉 强度 的影 响 ； 对 配制 的 C 5 0纤维 混凝土 分别 进行标 准养 护 、 3 5 、 5 0 o 【 = 和 6 5 湿热 养 护 ， 模 拟不 同温 度下 随 养护龄期 的增长 ， 与标准养护下的力学性 能发展规 律 的差异 ， 判断温度与龄期对 C 5 0纤维混凝土力学 性 能 的影 响 2 2试验 方 法 取一份聚丙烯纤维在室温下浸泡于质量分数为 1 0 的 N a O H( 2 5 mo l L ) 溶液 中， 浸泡时长 2 4 h ， 然 后将 盛放 有 N a O H 溶 液 ( 包 括 浸 泡 的纤 维 ) 的 容 器密封置于烘箱 中， 调整温度从室温缓慢稳步升至 6 5 o 【 = ， 关闭烘箱使浸泡有纤维的溶液在烘箱 中缓慢 冷却至室温 将浸泡过的纤维用清水冲洗多次 ， 再将 冲洗 过 的纤 维 在 清 水 中浸 泡 2 4 h ， 用 p H试 纸 检 测 浸泡液的 p H值显示为 中性后 ， 取 出纤维在室 内 自 然晾干 另取一份 聚丙烯纤维 ， 不作任何处理 将处 理和未处理的纤维进行物理力学性能检测 ， 直观对 比纤维经高温高碱处理后性能 的差异 ； 将处理和未 处理的纤维按表 3分别掺人配合 比中， 对 比处理前 后纤维对 C 5 0混凝土力学性能的影响 ； 将未进行高 温高碱处理的纤维按表 3掺人配合 比中制作试块 ， 待拆模后用保鲜膜密封试块 置于混凝 土快速养护 箱 ， 分别 在设 定 温度 下养护 至规 定龄 期 ， 进 行轴 心抗 压强度 、 弹性模量和劈裂抗拉强度试验 按 照 普通 混凝 土力 学性 能 试验 方 法标 准 ( G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ) 执行 混凝土轴心抗压强度和弹 性模量试 件 1 5 0 m m1 5 0 m m3 0 0 m m， 抗 压强 度 和 劈裂抗拉 强度试件 1 5 0 m m 1 5 0 m m1 5 0 m m 3 结果 与分 析 3 1 纤维 耐高 温高 碱性 能 聚丙烯 纤维 的熔 点 为 1 2 01 8 0 ， 较高 的耐化 学腐蚀性 ， 采用加速方式模拟大体积混凝 土内部 温度和碱性环境对聚丙烯纤维稳定性和耐腐性做出 评价 ， 并试验确定高温高碱处理后纤维对混凝土强 度的影响 表 2为高温高碱处理前后纤维物理力学 性能检测结果 ； 表 3为纤维掺入处理前后混凝土配 合 比的力学性能对 比结果 表 2纤维物理力学性 能 处理 方式 7 2 8 5 6 d 抗压强度 MP a 2 8 d劈裂抗拉 强度 MP a 从 表 2中可见 ， 聚丙 烯 纤 维经 历 高 温 高碱 处 理 后 ， 纤维 自身的劈裂抗拉强度和弹性模量均有小幅 度下降， 降低率约为未浸泡纤维 的 1 0 ， 断裂延伸 率约降低 1 3 表 3表明， 聚丙烯纤维在经历高温高 碱处理后， 按表 3配合比掺人， 所得混凝土的抗压强度 和劈裂抗拉强度与未经处理的纤维混凝土相 比， 同龄 期的抗压强度和劈裂抗拉强度几乎无差异 抗压强度 最大差异发生在 5 6 d龄期 ， 处理 后 的抗压 强度 比未处 理 的高 0 7 M P a ， 处 理后 的 2 8 d劈裂抗 拉强度 比未 处 理的低 0 3 M P a 由表 3和表 2可知 ， 经历高温高碱处理后， 聚丙 烯纤维 自身力 学性能 有所 损失 ， 但掺 人表 3所 列 C 5 0混凝土配合 比中， 混凝土试块 的抗压强度和劈 裂 抗拉 强度 差异 极 小 ， 差 异 率 在未 处 理 试 块 强 度 的 3 之内， 可判定 聚丙烯纤维在经 历高温高碱处理 后 ， 掺人表 3所列 C 5 0混凝土配合比中， 对混凝土的 抗压强度和劈裂抗拉强度无不 良影响 1 2 华北水利水 电学 院学报 2 0 1 2年 l 2月 3 2温度 作用 下力 学性 能发展 规律 3 2 1 轴心抗压强度 、 弹性模量结果与分析 图 2为标准养护下轴心抗压强度增长规律 ； 图 3 5 3 0 慧 2 5 墨 z o 1 5 辑 l O 图 2 标 准养护下轴心抗压 强度的增长规律 3为 3 5 ， 5 0和 6 5 c 【 = 养护下轴心抗压强度增长 规律 ； 图 4为标准养护下弹性模量增长规律 ； 图5为 3 5 ， 5 0和 6 5养护下弹性模量的增长规律 慧 出 暴 龄期 d 图 3 不同养护温度下轴 心抗压强度的增长规律 图 4 标准养护 下弹性模量 的增长规律 图 5 不 同养护温度下弹性模量 的增长规律 从 图2和图 3中可见 ： 标准养护下轴心抗压强 度前期增长较快 ， 后期增长减缓 ，1 4 d龄期前 曲线 切线斜率大 ， 轴 心抗压强度增长较快 ， 1 4 2 8 d曲 线切线斜率变小 ， 轴心抗压强度下的增长缓慢 ， 趋于 稳定 ； 不同养护温度下轴心抗压强度增长规律与标 准养护下的增长规律差异明显 ， 在 17 d龄期 内， 3 5， 5 0温度养护下 ， 轴心抗压强度表轨出一定 的线性增长规律 ； 6 5 c I = 温度养护下， 轴心抗压强度 虽然也表现出一定的线性增长规律 ， 但是斜率较小 ； 6 5温 度养 护下 1 d龄 期 的轴 心抗 压强 度达 到 3 0 MP a 以上 ， 约为标准养 护 2 8 d轴 心抗压强度 的 9 0 以上 ， 24 d龄期轴心抗压强度相对于 1 d仅 增 长 了 5 MP a左右 ， 增长 幅度 极小 由图 4和 图 5可见 ， 无 论 标 准养 护 或不 同温 度 养护， 混凝土弹性模量增长规律与轴心抗压强度增 长规律基本一致 ， 不再赘述 3 2 2劈裂抗拉强度结果与分析 图 6为标准养护下劈裂抗拉强度增长规律 ； 图 7为不同养护温度下劈裂抗拉强度增长规律 O 5 l O l 5 2 O 2 5 3 O 龄期 d 图 6 标准养护下劈裂抗拉 强度 的增 长规律 c 口 醴 擐 臻 jR 0 l 2 3 4 5 6 7 8 龄期 d 图 7 不 同养护温度下劈裂抗拉强度 的增长规律 从图 6中可 以看 出， 标准养护 1 4 d之前 ， 劈裂 抗拉 强 度 发 展 较 快 1 d时 的 劈 裂 抗 拉 强 度 为 1 1 MP a ， 1 4 d时 达 到 3 3 MP a ， 增 长 明 显 ； 1 4 d之 后 ， 增长趋势放缓 ， 趋于稳定 ， 2 8 d时的劈裂抗拉强 度为 3 8 MP a ， 较 1 4 d龄期 的仅增长 0 5 MP a 由图 7可见 ， 3 5 ， 5 0温度作 用下 劈裂 抗 拉强度发展规律与轴心抗压强度 同中有异 5 d龄 期 内劈裂 抗 拉强 度 增长 趋势 与 轴心 抗 压强 度 相 似 ， 呈近似线性发展 ， 3 5温度作用的劈裂抗拉强 度在5 d 龄期后出现增长拐点 ， 曲线切线斜率增 大 ， 劈裂抗拉强度仍有 一定增 长空 间； 3 5 ， 5 0和 6 5养护 1 d时 ， 劈裂抗 拉强度分别为 1 2 MP a ， 1 4 MP a和2 8 MP a ， 6 5 q C温度作 用下 1 d龄期劈 裂抗拉强度 即达 到标准养 护 2 8 d龄期 的 7 0 以 上 ； 6 5温度作用 下 3 d龄期 内劈 裂抗拉 强度几 乎无增长 ， 34 d i ft 期 出现 劈裂抗 拉 强度增 长 拐 点 ， 4 d龄期劈裂抗拉 强度 3 5 MP a较 3 d龄期增 长 1 4 第 3 3卷第 6期 王艳 ， 等 ： 温度对 C 5 0纤维 混凝 土力学性能的影响 3 2 3 温度 一 力学性能增长率分析 将标准养护 2 8 d龄期的轴心抗压强度 、 弹性模 量和劈裂抗 拉 强度数 值定 为参 考值 ， 分 析 3 5， 5 0 和 6 5温度作用下 1 4 d龄期相应力学参数 的增长率 表 4为温度 一力学性能增长率 表 4温度 一力学性 能增长率 从表 4中可见 ， 1 4 d龄期 内， 3 5和 5 0温 度作用下 ， 轴心抗压强度 、 弹性模量和劈裂抗拉强度 增长率差异在 2 5 以内， 6 5温度作用下力学性能 指标发展规律 出现突变， 轴心抗压强度 、 弹性模量和 劈裂抗 拉强 度 1 d 龄期 增 长率 分别 达 到标 准养 护 2 8 d 的 9 7 ， 7 4 ， 7 4 ； 6 5 o C温度作用下 4 d龄期 的轴心抗压强度已超出标准养护 2 8 d龄期的 1 9 ， 而弹性模量和劈裂抗拉强度则低于标准养护， 分别 比标 准养 护 低 1 5 和 8 这 可 能 与纤 维 所 处 的 混 凝土内部碱环境及温度环境有关 ， 引起纤维 自身力 学性 能 一定 程度 的 损失从 而 对混 凝土 的某 些力 学性 能产生影响 从劈裂抗拉强度 的增长趋势看出仍有 一 定 的增长空间， 而弹性模量 的降低 ， 对缓解变形 ， 降低大体积混凝土开裂风险有利 4 结语 1 ) 聚丙烯纤 维在 1 0 浓 度的 N a O H溶液 中浸 泡 2 4 h且经历室温一6 5一室温循环 ， 纤维 自身力 学性能下降约 1 0 ， 但掺 入混凝土 中， 对 标准养护 试件的轴心抗压强度和劈裂抗拉强度无不 良影响 2 ) 不同养护温度力学性能发展规律差异 明显 ， 尤其在 6 5温度作用下 ， 1 d龄期的轴心抗压强度 、 弹性模量和劈裂抗拉强度分别 可达标 准养护 2 8 d 龄期的 9 7 ， 7 4 和 7 4 因此 ， 大体积混凝土实体 结构强度评定需考虑水化温度作用 3 ) 6 5较高温度养护 4 d龄期时 ， 轴心抗压强 度高出标准养护 2 8 d龄期的 1 9 ， 弹性模量和劈裂 抗拉强度均低 于标准养 护 ； 3 d龄期后轴 心抗压强 度和弹性模量发展趋于稳定 ， 劈裂抗拉强度 出现拐 点 ， 但仍有一定的增长空间 参 考 文 献 1 林永秋 ， 苏 晓樟 ， 孙林 柱 大 体积 混凝 土硬 化过 程 中的 温度检 测和应力计算 J 混凝土 ， 2 0 1 0 7 ) ： 1 3 51 3 8 2 米永 刚 厂 房大体 积混 凝土 温度应 力分 析 J 港工 技 术 ， 2 0 1 0 ， 4 7 ( 2 ) ： 3 03 2 3 陈肇元 ， 朱金铨 ， 吴佩 刚 高强混凝 土及其 应用 M 北 京 ： 清华大学出版社 ， 1 9 9 2 ： 1 9 1 1 9 9 4 王双睿 改性聚丙烯纤维 的研究 D 辽 宁： 大连轻工业 学 院。 2 0 0 5 Ef f e c t o f Te mpe r at ur e o n M e c ha ni c a l Pr o pe r t i e s o f C5 0 Fi be r Co nc r e t e W ANG Ya n，PANG Er b o，ZHANG He n g - c h u n，YANG L o n g，YUE J i a n - na n ( C h i n a C o n s t r u c t i o n R e a d y Mi x e d C o n c r e t e C o ，L t d ， Wu h a n 4 3 0 0 7 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h r o u g h me a s u r e d t e mp e r a t u r e o f o n e p r o j e c t i n Wu h a n C i t y ，t h e e f f e c t o f h i g h t e mp e r a t u r e a n d h i g h a l k a l i e n v i r o n me n t o n me c h a ni c a l p r o p e r t i e s o f fibe r a n d de v e l o p me nt t e nd e nc y o f c o nc r e t e me c h a n i c a l p r o pe r t i e s u n de r di f f e r e n t c urin g t e mp e r a t ur e wa s s t ud- i e dThe r e s ul t s s ho we d t h a t me c ha n i c a l s o f fib e r d e c r e a s e b y 1 0 a f t e r po l y p r o p yl e n e fib e r s i mme r s e d i n 1 0 Na OH s o l ut i o n f o r 2 4 h c yc l i ng b e t we e n 6 5 o C a nd 2 5 ；fib e r s t r e a t e d whi c h we r e i n c o r po r a t e d i n t o c o nc r e t e ha d n o ba d e f f e c t o n s t r e ng t h o f t he s p e c i me n； t h e r e wa s a bi g d i f f e r e nc e o n d e v e l o pme n t t e n de n c y o f fib e r c o n c r e t e me c ha n i c a l p r o p e rti e s un d e r d i f f e r e nt c u r i n g t e mpe r a t u r e 1 d a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e ng t h，e l a s t i c mo d u l u s a nd s pl i t t i n g t e ns i l e s t r e ng t h c o u l d r e s p e c t i v e l y r e a c he d 97 ， 74 a nd 7 4 o f 28 d c o r r e s p o nd i n g pa r a me t e r s Ax i a l c o mp r e s s i v e s t r e n g t h i n c r e a s e d s l o wl y a nd s pl i t t i n g t e ns i l e s t r e ng t h i nc r e a s e d a l i t t l e a fte r 4 dS o t he e f f e c t o f h y dr a t i on t e mp e r a t ur e s ho u l d be t a k e n i nt o c o n s i de r a t i o n wh en a s s e s s i n g e nt i t y s t r u c t u r e s t r e n g t h o f t h e hi g h- v o l u me c o nc r e t e Ke y wor d s： mo n i t o r i ng c u r v e；h i g h t e mp e r a t ur e a n d h i g h a l ka l i ；po l y p r o p y l e n e fib e r s；hy d r a t i on t e mp e r a t u r e；me c h a ni c a l pr o pe rti e s ( 责任编辑 ： 杜明侠 )