聚丙烯纖維對(duì)高性能混凝土抗折、抗沖擊性能影響研究

1、聚丙烯纖維對(duì)高性能混凝土抗折、抗沖擊性能影響研究摘要：本文研究了不同摻量聚丙烯纖維高性能混凝土的抗折強(qiáng)度、脆性和抗沖擊性能。綜合闡述了摻纖維對(duì)高性能混凝土抗折強(qiáng)度、脆性、抗沖擊性能和影響，討論和分析了高性能水泥基纖維復(fù)合材料脆性下降、抗沖擊性能進(jìn)步的機(jī)理。試驗(yàn)證明：高性能混凝土中摻纖維能顯著降低混凝土的脆性和進(jìn)步混凝土抗折強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：高性能混凝土、聚丙烯纖維網(wǎng)、抗折強(qiáng)度、脆性、抗沖擊性。一、前言高性能混凝土不僅要有良好的強(qiáng)度性能，還應(yīng)有優(yōu)異的耐久性能和適宜的工作性能，以滿足目前和將來(lái)的大規(guī)模重混凝土工程的施工需要，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究，我們應(yīng)用硅灰和粉煤灰配制出高性能混凝土，這種混凝土不僅具有

2、很高的強(qiáng)度，而且工作性好，硬化混凝土的抗凍融性能、抗浸透性能和抗侵蝕性能優(yōu)異。但脆性大、抗沖擊性差是影響高性能混凝土實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)重要因素。有研究認(rèn)為，自收縮開裂，濕脹開裂和脆性是目前高性能混凝土亟待解決的重要問(wèn)題。本文將采用聚丙烯纖維來(lái)改善高性能混凝土脆性和抗沖擊性能。二、實(shí)驗(yàn)方法1.原材料1.1水泥采用三航局小野田水泥525#普硅水泥，其化學(xué)成分及力學(xué)性能列于表1和表2中。表1水泥的化學(xué)成分Table1.henialpsitinfeentheialpsitinSi2Fe23AL23agPerentagepsitinbyass22.502.914.4664.741.47表2水泥的物理力學(xué)性能

3、Table2.PhysialandehanialprpertiesfeentSettingtie/h:inFlexualStrength(pa)pressiveStength(pa)initialsettingFinalSetting3d28d3d28d1:102：256.068.5036.963.4表2水泥的物理力學(xué)性能Table2.Physialandehanialprpertiesfeent1.2摻合料試驗(yàn)采用化聯(lián)外加劑廠提供的硅灰、化學(xué)成分列于表3中。減水劑采用五四助劑廠消費(fèi)的SN-11高效減水劑。表3硅灰的化學(xué)成分Table3.heialpsitinffueheialpsitinSi

4、2Fe23AL23agS3燒矢量Perentagepsitinbyass91.00.91.70.40.80.32.11.3集料粗集料采用5-8的石英碎石，細(xì)集料采用標(biāo)準(zhǔn)石英砂。1.4聚丙烯纖維聚丙烯纖維采用美國(guó)Fiberesh纖維，其物理性能列于表4.表4.聚丙烯纖維網(wǎng)的物理性能Table4.Physialprpertiesfplyprpylenefibereshaterabsrptin無(wú)speifigravity0.91lengthffiber()12-19eltingteperature()160-170firingteperature()590ndutivity低theralndutiv

5、ity低aidandalkaliresistane高tensilestrength(pa)560-770Elastiduli(pa)3502.試驗(yàn)方法抗折、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按GB177-85水泥膠砂強(qiáng)度度試驗(yàn)方法進(jìn)展。用水量是采用標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，其標(biāo)準(zhǔn)稠度及凝結(jié)時(shí)間均按GB134-77水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量進(jìn)展。耐磨試件尺寸為15157.磨損試驗(yàn)采用GL-200鋼輪式混凝土磨損試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)方法按GB/T12988-91?無(wú)機(jī)地面材料耐磨性試驗(yàn)方法?進(jìn)展。耐磨性用長(zhǎng)度L表示，單位，耐磨實(shí)驗(yàn)每組5塊，取十次實(shí)驗(yàn)平均值?？箾_擊性試件尺寸為15155，每組共5個(gè)試件。將8kg重的鋼球從25高度自由落下，當(dāng)試件

6、裂縫寬度大于3時(shí)，記錄沖擊次數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果取中間3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.三、結(jié)果與討論1.聚丙烯纖維網(wǎng)對(duì)高性能混凝土脆性影響高性能混凝土的強(qiáng)度和耐久性主要受水灰比和礦物聚合物的影響，當(dāng)水灰比/定時(shí)，礦物摻合料摻量將直接影響到高性能混凝土上的各種物理力學(xué)性能。而摻聚丙烯纖維可以改善高性能混凝土各種物理性能。表5是高性能混凝土改變纖維摻量0、0.1%、0.15%對(duì)混凝土強(qiáng)度影響。表5高性能水泥基聚丙烯纖維網(wǎng)復(fù)合材料強(qiáng)度Table5.strengthfplyprpyleneFibereshrEinfredhighperfranepsiteaterialSapleSF%PFVluepre

7、sivestrength(PA)Flexuralstrength(PA)R3R28R3R28136.963.45.318.532543.073.95.459.0531047.582.46.069.8240.129.360.85.368.59550.129.961.35.338.726100.132.466.95.459.2570.1538.468.56.089.35850.1539.977.76.2811.029100.1547.482.37.5512.52SF-siliafuePF-plyprpyleneFiberesh實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：當(dāng)水灰比/一定時(shí)，混凝土力學(xué)性能隨摻量增加而進(jìn)步，與此同時(shí)

8、混凝土的耐久性能也大幅度進(jìn)步。但硅灰摻量變化對(duì)混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度影響程度是不一樣的。由表中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)硅灰從0-10%混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)步30%以上，而抗折強(qiáng)度僅僅進(jìn)步15%左右，這樣高性能混凝土的脆性就隨之顯著進(jìn)步。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明摻加聚丙烯纖維可以改善高性能混凝土的脆性。當(dāng)聚丙烯纖維含量從0-15%高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化、而抗折強(qiáng)度進(jìn)步27%以上。使混凝土的脆度系數(shù)從8.39下降到6.5%.從而表現(xiàn)為高性能混凝土在保證抗壓強(qiáng)度和耐久性能不變的前提下大幅度降低混凝土的脆性。2.聚丙烯纖維網(wǎng)對(duì)高性能混凝土抗沖擊性影響聚丙烯纖維網(wǎng)對(duì)高性能混凝土抗沖擊性具有較大影響。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在

9、高性能混凝土中摻加纖維可以顯著改善混凝土的抗沖擊性能。高性能混凝土的抗沖擊性能隨纖維摻量增加而明顯進(jìn)步，混凝土抗沖擊性進(jìn)步與纖維摻量成正比。此外纖維高性能混凝土的抗沖擊性能隨混凝土基材料強(qiáng)度的進(jìn)步而增長(zhǎng)。因此，纖維與高性能混凝土基村復(fù)合是配制高性能水泥基復(fù)合材料的主要技術(shù)途徑之一。3.聚丙烯纖維對(duì)高性能混凝土增折與抗沖擊性能改善的機(jī)理初探綜上所述，在高性能混凝土中摻入聚丙烯纖維后能顯著進(jìn)步混凝土抗折強(qiáng)度和抗沖擊性能，其抗沖擊性能的進(jìn)步尤為顯著。究其原因，在于纖維的阻裂效應(yīng)。實(shí)際上高性能混凝土從無(wú)缺陷理想狀態(tài)來(lái)講，其抗壓、抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度應(yīng)該是根本一致的。之所以高性能混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)步幅度大大地

10、大于抗折強(qiáng)度進(jìn)步幅度，原因就在于高性能混凝土內(nèi)部存在不同尺度。由于高性能混凝土脆性及自收縮等造成內(nèi)部存在不同尺度的微裂縫，而微裂縫對(duì)抗折強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)大于抗壓強(qiáng)度。由于高性能混凝土脆性及自收縮等造成內(nèi)部存在不同尺度的微裂紋，在構(gòu)造形成過(guò)程中，聚丙烯纖維阻止了這些裂縫的引發(fā)，從而減少了裂縫源的數(shù)量，并使裂縫尺度變小，這就降低了裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，緩和了裂縫尖端受力集中程度，在受力過(guò)程中，又抑制了裂縫的引發(fā)與擴(kuò)展。這樣就可以充分發(fā)揮高性能混凝土高抗折強(qiáng)度效應(yīng)，這就是纖維能大幅度進(jìn)步高性能混凝土抗折強(qiáng)度而不能進(jìn)步其抗壓強(qiáng)度的原因。但為了充分發(fā)揮纖維混凝土阻裂效果，必須加強(qiáng)界面粘結(jié)性能，而界面粘結(jié)特

11、性又直承受水灰比/和硅灰的影響。1減小/對(duì)界面區(qū)影響/的大小是影響聚丙烯纖維與混凝土基材、集料與水泥石界面的粘結(jié)主要因素。界面粘結(jié)與界面區(qū)微觀礦物組成和其構(gòu)造親密相關(guān)。當(dāng)/較大時(shí)，混凝土集料和纖維界面區(qū)域內(nèi)由于泌水等原因使部分/增大，使表層界面區(qū)域的/比基材大得多，離子濃度低，由于離子擴(kuò)散及晶體生長(zhǎng)等因素，aH2晶體在此區(qū)域發(fā)育完善和取向指數(shù)高、aH2板狀晶體富集，并產(chǎn)生定向排列、晶體生長(zhǎng)約束力小而尺度大，導(dǎo)致界面構(gòu)造疏松。纖維混凝土增折，高沖擊性能就得不到發(fā)揮。界面高效減水劑降低/就可以減少上述弊端，增強(qiáng)界面粘結(jié)力，使高性能混凝土抗折強(qiáng)度、脆性和抗沖擊性能得以大幅度改善。2參加硅灰對(duì)界面區(qū)影

12、響在聚丙烯纖維混凝土摻入硅灰，同時(shí)參加高效減水劑，可使其抗折強(qiáng)度和抗沖擊性大為進(jìn)步。硅灰與水泥石孔隙中的離子起化學(xué)反響，使-S-H凝膠增加，導(dǎo)致水泥石中大孔減少，凝膠孔增加，構(gòu)造變得致密，強(qiáng)度顯著進(jìn)步，摻入適量硅灰、改善纖維混凝土中水泥漿體與集料、纖維界面區(qū)的構(gòu)造，使界面區(qū)的aH2晶體數(shù)量下降，取向度明顯降低，晶粒細(xì)化、-S-H凝膠數(shù)量增加，加強(qiáng)了界面粘結(jié)力，進(jìn)步聚丙烯纖維高性能混凝土的抗沖擊性能和降低其脆性。四、結(jié)論1.高性能混凝土由于脆性，自收縮開裂和內(nèi)部微裂縫使其抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度，并且后期強(qiáng)度和耐久性能有可能下降。2.在高性能混凝土中摻加聚丙烯纖維可以充分發(fā)揮高性能混凝土高強(qiáng)效應(yīng)，特別是高抗折效應(yīng)。當(dāng)高性能混凝土中摻加纖維體積分?jǐn)?shù)為0.15%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度幾乎不變，而抗折強(qiáng)度進(jìn)步30%以上