混雜纖維混凝土抗裂及抗?jié)B性能試驗

混雜纖維混凝土抗裂及抗?jié)B性能試驗研究摘要：本文在“最緊密堆積”設(shè)計理論的基礎(chǔ)上，研究了耐堿玻璃纖維和聚丙烯纖維二元混雜摻入混凝土中對混凝土基本力學(xué)性能、早期抵抗塑性開裂及后期抗氯離子滲透性能的影響。0引言混凝土作為一種歷史悠久的重要建筑材料，在建筑工程的各個領(lǐng)域都發(fā)揮了獨一無二的作用。但是混凝土作為一種脆性材料，其最大的一個缺點就是抗拉強(qiáng)度和極限拉應(yīng)變較低，因此在一定程度上限制了它的廣泛使用。吳中偉院士曾經(jīng)指出，復(fù)合化是今后提高混凝土等水泥基材料性能的主要途徑，而纖維增強(qiáng)是其核心[1]?；炷恋目沽研躁P(guān)系到混凝土的使用壽命,纖維的摻入使水泥基抗裂能力得到提高，由于混凝土自身具有多相、多組分、多尺度層次的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，單一纖維增強(qiáng)作用是有限的,而不同尺度和不同性能的纖維混雜增強(qiáng)，使其在混凝土中不同結(jié)構(gòu)和不同性能層次上逐級阻裂與強(qiáng)化，充分發(fā)揮各個纖維的尺度和性能效應(yīng)，并在不同尺度和性能層次上相互激發(fā)、相互補(bǔ)充，達(dá)到取長補(bǔ)短、造就高性能，以及提高抗裂能力進(jìn)而提高混凝土的耐久性的目的。文中討論了兩種不同模量的纖維（耐堿玻璃纖維/聚丙烯纖維）共同摻入混凝土中，對混凝土早期抗裂的影響以及后期滲透性等耐久性能的影響。1原材料及試驗方法1.1試驗用原材料粉煤灰：哈爾濱三電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰。集料：粗集料采用的是5mm~10mm的碎石；細(xì)集料為細(xì)度模數(shù)為2.8的中砂。纖維：聚丙烯纖維是張家港聚丙烯纖維總廠生產(chǎn)的短切單絲纖維，推薦摻量為900g/m3。耐堿玻璃纖維采用的是北京斑駁斯特克斯公司生產(chǎn)的ARW70型玻璃纖維纖維，推薦摻量為600g/m3。纖維的技術(shù)指標(biāo)見表1-1~1-3。外加劑：黑龍江省寒地研究院生產(chǎn)的UNF－5高效減水劑，減水率為18%~20%。表1耐堿玻璃纖維的化學(xué)組成厚化學(xué)組成好SiO票2普Na還2翠O撐CaO稀K瓦2混O遍Al尾2日O諒3筐ZrO礙2映TiO飄2努Li碎2快O劣含沾量饞(周%)磁62.0席14.8恰5.6鼠—鑄0.8計16.7炭0.1法—表2耐堿玻璃纖維的物理性能崇長愁度買(彼mm)虛單絲直志徑末(季μ索m)擋彈性模糧量喘(巴GPa)川抗拉強(qiáng)澡度澤(撲MPa)倉斷裂延伸胃率挺(稻%)燃密度遺(賞g/m睛3龍)擔(dān)12訪14油75蒜3400蒼3.6謎2.70表3聚丙烯纖維物理性能疼長需度翁(燈mm)漢細(xì)敗度饑(燃tex)若彈性模罷量旅(劫GPa)填抗拉強(qiáng)雪度狡(云MPa)積斷裂延伸謙率蜂(盈%塊)遭密廣度機(jī)(凈g/cm易3山)烏15-1廈9齡1.78筋3.5糞≥謠280兇8.0唯0.91混凝土配合比如表4所示。表4混凝土配合比(kg/m3)篩原材料曲水泥摟粉煤灰于石疊砂頓水述耐堿玻纖爐聚丙烯纖嗚維的用量淋276絮145冶966冬821牽181懂1.1緣0.91.2試驗方法依據(jù)GBJ81-85《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》測定混凝土抗壓和抗折強(qiáng)度，通過對混雜纖維混凝土混雜系數(shù)的探討，確定其力學(xué)性能上的混雜效果；依據(jù)圣·喬治州立大學(xué)的PaulP.Kraai教授所提出的砂漿及混凝土干燥收縮裂縫測試方法[4]進(jìn)行試驗，比較纖維單摻與混合摻加對混凝土早期塑性收縮性能的影響（試驗?zāi)＞咭妶D2）；依據(jù)GBJ82-85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》，通過NEL法進(jìn)行Cl-滲透試驗分析比較單摻與混合摻入纖維對混凝土滲透性能的影響。塑性收縮試驗裝置脊2制蔽試驗結(jié)果便與分析敬2.1惑欺纖維混雜喪對混凝土鋼力學(xué)性能掛的影響攝在表征混量雜纖維對巴混凝土力賽學(xué)性能的躁作用時，字有研究者記引入混雜狐系數(shù)這一話概念來比蹈較混雜效手果的好壞奉[5]昏。通過混紙雜系數(shù)可站以方便地準(zhǔn)得到纖維劣摻量匹配扒時對混凝綠土強(qiáng)度的倆影響，當(dāng)阻時為正混漢雜效應(yīng)，萬當(dāng)白時為負(fù)混辜雜效應(yīng)。保試驗結(jié)果絹如透表敲5魚、蘆表荷6袋所示。在定義纖維套摻入導(dǎo)致賭的纖維增交強(qiáng)混凝土姜相對于基愈準(zhǔn)混凝土畏的強(qiáng)度增騾強(qiáng)系數(shù)為育拘贊恩擺蜂喘丙(2-1蒙)樣式中，別和扶分別是纖切維增強(qiáng)混寒凝土和基泉準(zhǔn)混凝土栗的強(qiáng)度桑，貧MP愿a俘。味記單摻聚于丙烯纖勞維夕(PP愈)羨混凝土、私單摻玻璃斷纖員維寨(GF衣)軌混凝土和鍛混雜纖維抬混凝贊土踐(PG筆)鋒的抗壓、怨劈裂抗拉刷強(qiáng)度增強(qiáng)聚指標(biāo)分別知為德，開；技，預(yù)；活，模。岔高模量纖摸維和高延輔性纖維混挽雜在一起伸后，其增盛強(qiáng)效應(yīng)應(yīng)樣考慮兩種阻纖維在單菊一狀態(tài)下鼠對水泥基濾材料增強(qiáng)幻作用的乘豆積，混雜遙系數(shù)可采攤用差值法辱或比值法享定義。本招文采用的攻是比值法上，定義聚陡丙烯纖維潮與玻璃纖適維的混雜欠系數(shù)如下蹄：丸僻悲婦逼瞇悅屢(2-才2)爛工頸紫示愉豐偵(2漏-3)陽式中，嫩，暢分別為混驗?zāi)量箟和鰪?qiáng)度和劈風(fēng)裂抗拉強(qiáng)抵度的混雜墾系數(shù)。惡從混雜系勁數(shù)的結(jié)果你表榜5煎可以看出飛，聚丙烯幕纖我維攀(PP柔)螞與玻璃纖司維導(dǎo)(GF虎)憤混雜抗壓忠強(qiáng)度的混登雜系數(shù)殘為礦7東d道：嬌0.9雁7擴(kuò)，兵28伏d嗽：徑0.9歡8貍，均呈現(xiàn)將負(fù)混雜效劃應(yīng)，但從舍強(qiáng)度的絕木對降低值室來看并不榴影響其力請學(xué)性能；吸對混凝土種劈裂抗拉翅強(qiáng)度的混維雜系數(shù)忌為舟7糠d均：炸1.0網(wǎng)2今，兵28寨d晴：堅1.0塌8碑，均呈現(xiàn)送正效應(yīng)，鞏聚丙烯纖塊維和耐堿算玻璃纖維擊混合增強(qiáng)昏混凝土對鐵混凝土劈臭裂抗拉強(qiáng)勇度的提高任有積極作誦用，從爽表效6斬中可以看廢出甩28尿d部劈裂抗拉晚強(qiáng)度遣表族5仰鴿混雜纖維梨對混凝土賤抗壓強(qiáng)度俘的影響磨摻加形式勉7施d腸（慶MP尖a乳）六強(qiáng)度增強(qiáng)熱系問數(shù)潮β績混雜系童數(shù)果α俗28d蜓(衡MPa)賀強(qiáng)度增強(qiáng)帶系啄數(shù)舅β島混雜系串?dāng)?shù)燕α井單醉摻敢PP肺31.6血0.92席0.97基64.5格0.98溜0.98拼單酬摻艘GF慎33.9洞0.99穿64.9息0.97伴混摻屯30.4欲0.89刃62.2弟0.95數(shù)空白換34.2債—助65.8輸—削表乘6她甩混雜纖維免對混凝土攀劈裂強(qiáng)度擴(kuò)的影響罵摻加形式擾7d庭(隱MPa)雷強(qiáng)度增強(qiáng)頁系千數(shù)證β皇混雜系攏數(shù)建α擴(kuò)28d神(賠MPa)榆強(qiáng)度增強(qiáng)蕩系鴉數(shù)傻β龍混雜系方數(shù)韻α史單碼摻谷PP池2.12美1.03圍1.02克3.52辮1.02蓄1.08塵單沫摻迫GF評2.31竹1.13趴3.83裝1.11采混摻剝2.43攤1.19紋4.21岡1.22遼空白報2.05老—邪3.46芬—在最大可提轟高血22亂%鴨。當(dāng)在高飯性能混凝細(xì)土中少量頌摻入這兩稼種纖維時動，混凝土排的韌性得秧以顯著的汪提高主要倚得益于纖匆維的阻裂至機(jī)制：一癥方面，彈偶性模量高李的玻璃纖疑維起增強(qiáng)湊材料的作投用，當(dāng)混易凝土中的殖微小裂紋姜在外載作越用下發(fā)生斗擴(kuò)展時，壩纖維橫跨剝在裂紋之備間起橋接蒼作用，緩蝶解了裂縫值尖端的應(yīng)零力集中，搜增加了裂旬縫的擴(kuò)展椒阻力，提爸高了混凝明土的斷裂念能；另一愉方面，彈戲性模量比芬混凝土低鎮(zhèn)，但斷裂健延伸率要培大得多的斷聚丙烯纖脆維能顯著翅提高纖維若增強(qiáng)混凝餐土的裂后罵變形能力獻(xiàn)，形成所臥謂的多點低開裂，上譽(yù)述混雜系疤數(shù)也清楚撤地表明了癥這一點。蹤正是這二害者的協(xié)同肚作用提高羨了混凝土宅物理力學(xué)且性能，體阻現(xiàn)了比不層摻或單摻太纖維性能足好的特點接。側(cè)2.害2晉纖維混雜財對混凝土譽(yù)早期塑性船收縮性能飽的影響議通過飲試下(1檔)先和卡(2競)漸計算混雜癥纖維和單回?fù)嚼w維混疊凝土的抗臨開裂性能山比和開裂蚊指數(shù)，計湖算結(jié)果如傷表蹄7都所示。生久艦肝行敬椒仍(1線)僅得咽戶殘苦弄(枕2)鐘其中，炸W議—蓋—半開裂指婚數(shù)紅(mm浴)作；稠A趴i夏—陜—陡權(quán)重值免；司l尚i份—掘—朵裂縫長御度雪(mm臣)愿；礎(chǔ)—形—腥抗開裂性鋒能量比唇(%借)豈；早—頌—偷基準(zhǔn)砂漿鵝的開裂指磨數(shù)腸(mm帝)獅；篇—掃—閣外摻料砂伍漿的開裂霉指度數(shù)緩(mm荒)紙。壓表榆7群纖維砂漿者開裂指數(shù)虛值齊摻加形式宅抗開裂性偏能銅比擋(集％再)娘開裂指零數(shù)批(噴mm)維單堤摻蘋PP謹(jǐn)48.4置251樂單寨摻驕GF澡47.9胖254忽混摻潑53.8資225節(jié)空白設(shè)－牛487啄從規(guī)表纏7釘中的開裂魔指數(shù)值可蜂以看出，號不管是單劃摻還是混坊摻纖維，杏均能減少亞砂漿的塑掩性干縮裂塑縫，單在削最佳摻量似下，三種童摻加形式駕對減少塑墳性干縮裂翅縫作用大郵小的排序繞為：混摻雹>謊單該摻會PP孩>電單倒摻韻G特F捏。從抗開尤裂性能比呢可以看出盡，混摻對許減少混砂暫漿塑性開解裂的效果跪最好，大材約可以減微少大襯約齊53.8揭%口，其次是梢聚丙烯纖勸維，約仁為察48.4燈%缺，玻璃纖限維約抖為平47.9渾%參。從中我漠們可以看讓出，在混喂凝土中的協(xié)三維亂向桿分布的短趨纖維雖然俗增強(qiáng)的效擔(dān)率很低，翼但用以阻來止無規(guī)則釋、無取向淋性的塑性熄裂縫產(chǎn)生治則是最有叔效的。塑毒性裂縫總搞是從混凝擋土表面的諸原生微裂棵縫處開始糟擴(kuò)展。當(dāng)提微裂縫的禁長度大于抖纖維的間君距時，纖森維將跨越編裂縫起到式傳遞荷載批的橋梁作晌用，使混稀凝土內(nèi)的肆應(yīng)力場更漢加連續(xù)和壓均勻，使唉微裂縫尖至端的應(yīng)力苦集中得以毫鈍化，裂娛縫的進(jìn)一娃步擴(kuò)展受戲到約束。兆長度小于恒纖維間距零的原生裂榜縫擴(kuò)展遇咐到纖維時釋，纖維將輩迫使其改阿變延伸方釋向或跨越區(qū)纖維生成少更微細(xì)的算裂縫場，站顯著增大給了微裂縫俊擴(kuò)展的能困量消耗。梨2.牌3遞纖維混雜從對混凝土色滲透性能求的影響枕本試驗采溜用理NE君L售法，此試艙驗方法為末通過測定挖混凝土的夕電導(dǎo)率來即快速評價傘混凝土的倘抗氯離子濾滲透性能吼。氯離子迎測定結(jié)果廉如鑰表幕8素所示。廈表泡8敵曬混雜纖維皮對混凝土租Cl趕-冠滲透性的丙影拉響仰掛獄(摘×10院-9歡cm洲2禍/s服)剪組別喬單摻升PP黎單摻絲GF公混摻診空白創(chuàng)Cl務(wù)－正擴(kuò)散系數(shù)諸2.襯13醋2.堆53侮2.65蜜2.93筐從花表株8會中可以看仗出，單一鍋纖維的摻啞入能很好瞎地改善混捕凝土的抗竹滲性，纖關(guān)維按二元何混雜與它育們相比撿，脅Cl壯-液擴(kuò)散系數(shù)祥反而有所討提高。單班摻徒P艦P求的混凝扒土易Cl氏-騰滲透系數(shù)愈比普通混議凝土五低橫27滑%政，單禍摻冬G良F商的混凝策土綿Cl糖-端滲透系數(shù)浸比普通混匹凝土墨低姓14紛%當(dāng)，而混雜段纖維混凝歉土瞧的菜Cl謠-鍋滲透系數(shù)蹈只比普通恭混凝土降摧低姿了者9.6糕%摸。陷分析其原創(chuàng)因大致如知下：在適抽當(dāng)摻量下科，纖維能模均勻地分毫布于混凝種土中，在骨早期能有視效地抑制商混凝土中績塑性收縮婚裂縫的寬召度以及減屑少了混凝論土貫穿孔謎的產(chǎn)生和萌發(fā)展，從鹽而對后期甜抗?jié)B性的慧提高必然宮有積極作兆用。另外茶，均勻分崇布在混凝捐土中彼此睛相粘連的通大量纖維筐起浸了茂“閥承掏托樹”仗骨料的作膝用，降低肉了混凝土紛表面的析克水與集料窮的離析，販從而使混痛凝土中有路害孔隙的風(fēng)含量大大孩降低。相絡(luò)對于普通伴混凝土而瞧言，提高頂了混凝土粗的抗?jié)B性軟。單純從村這點考慮套，似乎是符纖維摻得蛾越多對混綠凝土抗?jié)B奪性越好，瘋但從試驗?zāi)z中我們看鴿出，在耐遠(yuǎn)堿玻璃纖外維與聚丙者烯纖維同幟時摻入的戰(zhàn)時候，混沉凝拆土天Cl饑-攀滲透系數(shù)豪只降低漢了蠟9.6偽%線，究其原禽因，主要妙是不同尺附度和不同薪性質(zhì)的纖雨維在混凝譯土基體中甲形成了空攪間網(wǎng)絡(luò)結(jié)存構(gòu)，雖然鄉(xiāng)一方面它蛙們減小了筐纖維間距山，阻止了哈貫穿孔的字產(chǎn)生，但墨同時又產(chǎn)兄生了眾多宗的薄弱界朱面，而正棟是這些界噴面使混凝濤土抗?jié)B性閉又降低了果。但綜合閣兩種作用塞，與普通給混凝土相扒比，其抗印滲性還是歇微有提高刮。因此，互混雜纖維沫對混凝土盒抗?jié)B性的詠影響規(guī)律震，與纖維甩尺度、性啊能及纖維兇混雜比例遣密切相關(guān)襪，而且纖痰維總體積薄分?jǐn)?shù)始終祖是一個重脾要因素。3結(jié)論魔(五1)身通過耐堿玉玻璃纖維雁和聚丙烯泉纖維二元捷混雜纖維迷混凝土抗碌壓強(qiáng)度和嚷抗折強(qiáng)度叼的混雜系忽數(shù)發(fā)現(xiàn)，且混雜纖維瞎混凝翠土擔(dān)7爺d截和惠28鍬d輔的抗壓強(qiáng)默度的混雜窮系數(shù)為小稻于嬌1恨的值，呈偏現(xiàn)負(fù)混雜澇效應(yīng)；鋸而枝7錫d務(wù)和騙28勒d孕抗折強(qiáng)度粉混雜系數(shù)鼻為大菊于溜1古的值，呈屯現(xiàn)正混雜襯效應(yīng)。間(2)讓第混雜纖維副混凝土早遣期塑性開河裂得到有斑效抑制，題抗開裂性迅能約提申高犧50剛%濃，比單摻脊纖維的效墻果要好世。驚(3)拋額聚丙烯纖國維與耐堿輕玻璃纖維鋸的混雜摻之加對混凝柳土造Cl伐-常滲透系數(shù)缺的降低效施果不明顯糟。參考文獻(xiàn)逝[1]鵝爺吳中扛偉繼,爹廉慧珍掃.績高性能混獻(xiàn)凝略土刃.憑中國鐵道吸出版之社貍,籃1994希:18梯~適24器[2]出告黃兆授龍涂.躬混凝土性繭質(zhì)與行為柳.愉詹氏書擁局浮.200覺1:27遺6~27搶9享[3]祖診黃兆綢龍柜,曾湛淵貼源放.窗粉煤灰混溪凝土摻