掺入聚丙烯纤维的EPS混凝土试验研究.pdf

2 0 1 2年 第 1 1 期 1 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRE I E AND CEMENT PR0DUC 2 01 2 No 1 1 No v e mb e r 掺入聚丙烯纤维的 E P S混凝土试验研究 刘螈春 一 ， 张令心 ， 侯 为军 ， 王洪涛 ( 1 中国地震局工程力学研究所 ， 哈尔滨 1 5 0 0 8 0； 2 东北农业大学水利与建筑学院， 哈尔滨 1 5 0 0 3 0 ) 摘要 ： 通过力学性 能试验 和 HI T AC HI S 一 3 4 0 0 N 系列 电子 扫描设备 ( S E M) 的微 观结 构表 征 ， 对聚丙烯 纤维在 E P S混凝土 中的作 用机理进行 了初 步研 究。 试验 结果表 明， 聚丙烯纤维能够增强 E P S 一 水泥基体过渡层的强度 。 聚丙 烯 纤维掺量 为 1 3 2 0 k g m 3 时 ， 能够显著提 高 E P S混凝 土的抗 压强度 ， 同时获得较好的工作性能 。 关键 词 ： 聚 丙烯 纤维； 微观结构 ； E P S混凝 土； 强度 Ab s t r a c t ：T h e r e i n f o r e e d me c h a n i s m o f t h e p o l y p r o p y l e n e fi b e r a d d e d i n E P S c o n c r e t e i s r e s e a r c h e d ，b a s e d o n me c h a n i c a l e x p e r i me n t s a n d e h a r a c t e r i z a t i o n o f mi c r o s t r u c t u r e b y t h e S c a n n i n g E l e c t r o n Mi c r o s e o p y wi t h HI TAC HI S一 3 4 0 0 N T l e r e s u l t s s h o w t h a t p o l y p r o p y l e n e f P P ) fi b e r c a n i n c r e a s e b o n d i n g s t r e n g t h a t t h e ma t r i x - i n c l u s i o n i n t e r f a c e Wh e n t h e mi x i n g a lT l o u n t o f P P fi b e r i s 1 3 2 0 k g m ， t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f EP S c o n c r e t e i s i mp r o v e d s i g n i fi c a n t l y ， a n d t h e g o o d WO r k p e rf o r ma n c e i s o b t a i n e d Ke y wo r ： P P fi b e r ；Mi e r o s t r u c t u r e ； E P S c o n c r e t e ； S t r e n g t h 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 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2) 1 1 4 3 0 3 0前 言 E P S ( 泡 沫 聚苯 乙烯 ) 混 凝 土是 以 E P S作 为 主要 骨料 ， 取代或部分取代传统混凝土 中砂石的轻集料 混凝土 。E P S颗粒具有轻质 、 保温 、 可回收利用工业 废料等特点 ，因而 ， E P S混凝土具有导热系数小 、 抗 震性能好 、 造价低 、 节能环保等优点 ， 作 为保温墙体 材料 ， 具有很高的经济效益 和社会效益 。随着全球 环境 问题 的 日益凸显 ， E P S混凝土在现代节能建筑 结构 中的使用 将 越来越 多 。 近年来 ， 国内外学者对 E P S混凝土的性能进行 了大量研究 。在国外 ， 上世纪 7 0年代 D J C o o k i l l 对 E P S颗粒作为集料的轻混凝土进行 了系统研究 。在 国内 ， 原哈尔滨建筑大学郑 秀华 等嘲 使用正交 试验 设计方法对密度小于 5 0 0 k g m 的 E P S混凝 土进行 了试验研究 。哈尔滨工程大学 陈卫东等人f3 】 对密度 在 4 0 0 6 0 0 k # m 范围内的 E P S轻集料混凝 土进行 了配 比试验研究。上海交通 大学陈兵等人州 利用钢 纤维 、 树脂等配制出高强度 的 E P S混凝土。以往研 究 均 证 实 ， 由于 其轻 骨 料 中 E P S颗 粒 本 身是 憎 水性 材 料 ， 与 水 泥 砂 浆 的 结合 力 弱 ， 导 致 了 E P S混 凝 土 的和易性差 、 强度低 ， 使其在工程应用上受限。 目前 的研究 中主要采用两种方法来改善 E P S颗粒 与水 泥砂浆的结合性质 ： 一是采用一些改善表面结合性 能的外加剂 ( 如聚醋酸乙烯乳液等) ， 来改善材料 的 基 金项 目 ： 国家 自然科 学基金 项 目( 5 1 0 0 9 0 2 6 ) ； 黑 龙江 省教 育厅科技项 目( 1 2 5 1 1 0 5 8 ) 。 界面性能 ， 提高 E P S颗粒与水泥的粘结力圈 ； 二是采 用二次搅拌工艺 ， 先对 E P S颗粒进行水泥浆包裹处 理 ， 再进行二次搅拌I6 。第一 种方法是通过 化学处 理 ， 把 E P S的憎水性 变为亲水性 ， 可使和易性提高 很多 ， 但力学性能提高并不显著 。第二种方法是通 过物理处理 ， 使力学性能明显提高 ， 但是 同 比例密 度增大很多 ， 会对保温效果造成影响。 合成纤维混凝土的研究及应 用开始于 2 0世纪 6 0年代 ， 并在 7 0年代得到蓬勃发展。由于合成纤维 能有效地控制水泥砂浆及混凝土 的非结构裂缝 ， 在 8 0年代 已被大规模地应用于新建工程和修 补工程 中 。聚丙烯纤维经过化学接枝和物理改性处理后 ， 表面粗糙多孔 ， 大大提高了纤维与水泥基集料 的结 合力 。因此 ， 本文拟采用加入聚丙烯纤维的方式来 改善 E P S混凝土的力学性能和其他工作性能。通过 对 聚丙 烯 纤 维增 强 的 E P S混 凝 土材 料 进 行 力 学 性 能进行试验分析 ， 并采用 S E M微观结构试验探讨其 作用 机理 。 1 试 验概 况 I 1 原 材料 与 配合 比 水泥 ： P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥。 细骨 料 ： 本 地河 砂 。 轻骨料 ： 废弃 的包装废料粉碎 E P S颗粒 ， 直径 3 - 6 ra m， 堆积密度 1 0 5 k g m ； 干燥状态下的珍珠岩 ， 粒 径 2 5 4 0 m m。 硅灰 ： 平均粒径 0 2 1x m， 比表面积 2 1 m V g 。 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 1 1 期 混 凝土 与水 泥制 品 总第 1 9 9期 聚丙烯纤维 ： 黑龙江某公司提供 ， 性能见表 1 。 外加剂： U E A膨胀剂 、 U N F 一 5高效减水剂 。 水 ： 普通饮用水。 试验用配合 比见表 2 ， 珍珠岩 、 硅灰 、 外加剂用 水泥质量的百分 比表示。 表 l 聚丙烯纤维性能 编水灰 水 泥： 砂 ： 珍珠硅灰外加剂 聚丙烯纤维 号 比 E P S 岩， ( k g m ) 注 ： E一膨 胀剂 ， R一 减 水 剂 。 1 2 试件 的制 备 拌 和 E P S混凝 土过程 中加 入 聚丙烯 纤维 时 ， 为 了保证聚丙烯纤维在混凝土中分散均匀 ， 不产生结 团现象 ， 本研究没有将纤维与其它骨料先干拌再加 水湿拌 ， 而是采用了先拌和混凝土后分散加入聚丙 烯纤维的方法。具体的制备工艺如下 ： 先将砂 、 水泥 和微 硅 粉 干拌 1 5 rai n ， 然 后 加水 ( 扣 除 浸 泡 E P S颗 粒 的用水) 和外加剂， 搅拌 2 ra i n ， 然后加入珍珠岩和 预先浸泡的 E P S颗粒， 再加入纤维搅拌 3 rai n 。搅拌 的同时注意观察纤维在混凝土拌合料 中的分散情 况 。最后 将 E P S混 凝 土浇 注 到 l O O mmx l O O m m l O O m m的试模中， 将试件静置于试验室中 2 4 h后脱 模 ， 脱模后再置入 Y H一 4 0 B型 昆 凝土标准养护箱内 进行养护 ， 箱 内控制恒温恒湿 ， 温度为 ( 2 0 + 1 ) ， 相 对 湿度 为 9 5 以上 。 1 3 试件 测试 试件的测试主要分为两个内容 ：E P S 昆凝土 和易性和抗压强度的测试 ： 对按上述配合 比配制的 E P S混凝土 ， 通过测定坍落度评定拌合物的流动性 ， 并 通 过 观察 评 价 粘 聚性 和 保 水 性 。依 据 G B ,q 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普 通混 凝土力 学性 能试 验方 法标 准 ， 用 WD W3 1 0 0微机控制电子万能试验机进行抗 压强度试验 ， 测量精度为 1 ， 压力机量程为 5 0 k N， 以 0 3 MP a s 的速度连续而均匀地加荷。 为探求聚 丙 烯 纤 维 在 E P S混 凝 土 中 的 作 用 机 理 ，采 用 HI T A C HI s 一 3 4 0 0 N系列电子扫描设备 ( S E M) 对养护 9 0 d龄期试件的断面进行 了微观形貌表征。 一 44 2结果 与讨 论 2 1 和易 性分析 在保持水灰 比为 0 3 4不变的条件下 ， 做了三组 坍落度试验 ， 试验结果如 图 1 所示。由图 1 可见 ， 随 聚丙烯纤维掺量的增加， 新拌 E P S混凝土拌合料的 坍落度逐渐减小 ； 同时 ， 随聚丙烯纤维掺量的增加 ， 混凝土坍落度的减小速率逐渐加快 。图 1中所示规 律变化可以用公式 ( 1 ) 表示。 y = - 3 5 8 9 7 x + 4 9 2 3 I x +f 3 6 6 7 ( 1 ) 式 中， Y为 E P S混凝土拌合料的坍落度 ， c m； 为聚 丙烯纤维的掺量， k g m 。 暑 挺 蜜 【 J 1 U 1 2 U Z 5 聚丙烯纤维掺量 ( k g m3 ) 图 1 聚丙烯纤维掺量与坍 落度之 间的关系 通过对坍落度的测试及观察试验得 出： 由于聚 丙烯纤维的粘滞作用 ， 导致 E P S混凝 土的流动性降 低 ， 对 E P S颗粒上浮起到了抑制作用 ， 而使 E P S混 凝土 获得 了 良好的粘聚性 和可塑性， 从而改善 了 E P S混凝 土 的和易性 。 2 2 力学性能试验结果分析 抗 压强 度试 验 结果 如 表 3所 示 。 由表 3可 见 ， 随着聚丙烯纤维掺量的增加 ， E P S混凝土抗压强度 逐渐增大， 当掺量超过 2 0 k g m 时 ， 由于纤维在拌合 料 中分散不均匀， 导致 E P S混凝土强度下降 ，其强 度与未加入纤维的 E P S混凝土强度接近。 掺人量在 1 3 2 0 k g m 时， 抗压强度提高最多 ， 见图 2 。 表 3 抗压强度试验 结果 编号 1 2 3 4 5 6 密 度 ( k g m ) 7 7 8 7 8 3 7 4 3 8 2 3 8 4 6 8 4 2 2 8 d抗 压 强0 7 8 4 1 5 3 7 1 6 3 4 1 9 4 9 2 2 7 8 0 91 5 镬f MP a 2 5 日 2 0 善 1 5 赵 鹱1 0 出 0 5 0 0 j l 0 0 5 1 O 1 5 2 O 2 5 聚丙烯纤维 掺量 ( k g m ) 图 2聚丙烯纤维掺量与抗压强度之间 的关 系 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m