纖維混凝土耐久性試驗(yàn)及機(jī)理分析

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1 纖維混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)研究

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1.1 試件制作

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>根據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》實(shí)施，齡期為28d。試驗(yàn)采用HS—4B型混凝土滲透儀，加壓范圍為0~4MPa。每次試驗(yàn)安裝1組試件，試驗(yàn)由初始0.1MPa開始加壓，加壓持續(xù)8h.，若未發(fā)現(xiàn)試件透水或透水試件總數(shù)不超過3個(gè)時(shí)，試驗(yàn)壓力遞增0.1MPa，繼續(xù)持續(xù)加壓8h，依此類推。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1.3 試驗(yàn)結(jié)果

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>從表1可知，混凝土中加入纖維后，可大幅度提高抗?jié)B性能。不僅抗?jié)B時(shí)間大幅度增加，并且耐受壓力能力也大幅度提高。以第三組試件為例：纖維摻入量為value="1.2" UnitName="kg" w:st="on">1.2kg/m3，其最高耐受壓力和耐受時(shí)間均提高了200%，可見在混凝土中加入纖維后可有效提高水泥基混凝土材料的抗?jié)B能力。試驗(yàn)結(jié)束后，將未發(fā)生透水現(xiàn)象的試件剖開觀察，發(fā)現(xiàn)尚未透水的無纖維混凝土試件透水高度均達(dá)value="120" UnitName="mm" w:st="on">120mm以上；而尚未透水的已摻入纖維的混凝土試件透水高度僅為50~value="80" UnitName="mm" w:st="on">80mm。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>以上結(jié)果表明：混凝土中摻入一定比例的改性聚丙烯纖維，可明顯提高混凝土的抗?jié)B性能，且摻入纖維的比例越高，抗?jié)B性能改善越明顯；由于改性聚丙烯纖維具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，摻入纖維后不影響混凝土的化學(xué)性質(zhì)。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2 纖維混凝土抗裂性能試驗(yàn)研究

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2.1 試件制作

normal style="TEXT-INDENT: 9pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 1.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>混凝土配合比為水泥：砂：石子：水=1：2.5：2.06：0.48 (kg/m3)。為誘導(dǎo)開裂，將砂含泥量定為10%。試件共分5組。試件尺寸為value="900" UnitName="mm" w:st="on">900mm×value="600" UnitName="mm" w:st="on">600mm×value="40" UnitName="mm" w:st="on">40mm，為加速失水，試件成型后即通風(fēng)，風(fēng)速value="1.5" UnitName="m" w:st="on">1.5m/s。試驗(yàn)評(píng)定指標(biāo)以24h后質(zhì)量損失和24h出現(xiàn)的裂縫面積進(jìn)行鑒別。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2.2 試驗(yàn)結(jié)果

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>纖維混凝土抗干縮試驗(yàn)結(jié)果見表2。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>根據(jù)混凝土中摻入纖維的長(zhǎng)度和數(shù)量的不同，共進(jìn)行5種不同類型的纖維混凝土抗干縮性能試驗(yàn)。結(jié)果表明，素混凝土澆筑后2h出現(xiàn)第一條裂縫，其余的裂縫也相繼出現(xiàn)，總共出現(xiàn)5條明顯的粗裂縫，寬度1~value="2.5" UnitName="mm" w:st="on">2.5mm不等，其余部位也出現(xiàn)多條細(xì)裂縫，其中3條粗裂縫在5h后貫通成一條整裂縫；而摻入聚丙烯纖維的混凝土則明顯不同，混凝土澆筑后5h內(nèi)未出現(xiàn)粗裂縫，僅出現(xiàn)很少的毛細(xì)裂縫20h后雖出現(xiàn)一些裂縫，但其長(zhǎng)度和寬度均明顯小于素混凝土。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>從表2可以看出，摻加纖維后裂縫消除率平均為94.12%，可認(rèn)為基本消除了裂縫。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3 機(jī)理分析

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>摻入改性聚丙烯纖維能有效提高混凝土的耐久性能，這是由數(shù)以千萬計(jì)的毛細(xì)纖維發(fā)揮的作用。改性聚丙烯纖維粗細(xì)度為15~17denier。本試驗(yàn)中，2組試件的纖維摻入量分別為value=".9" UnitName="kg" w:st="on">0.9 kg/m3 和value="1.2" UnitName="kg" w:st="on">1.2 kg/m3。計(jì)算表明，在以上兩種摻入量時(shí)，每立方米混凝土中均勻分布的纖維根數(shù)高達(dá)2.8×106和3.8×106根。鑒于改性聚丙烯纖維有著良好的分散性，因此在混凝土全部體積內(nèi)，單根纖維間的平均間距約為value="1.87" UnitName="mm" w:st="on">1.87mm和value="1.61" UnitName="mm" w:st="on">1.61mm。摻入改性聚丙烯纖維能有效提高混凝土耐久性能的主要原因如下。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3.1 能有效阻止塑性混凝土中裂縫的產(chǎn)生

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>由于纖維在混凝土內(nèi)呈現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，起支撐骨料的作用，阻止了粗細(xì)骨料的沉降；同時(shí)也降低了混凝土表面的析水現(xiàn)象，有效阻止由于混凝土表面迅速失水造成較大體積收縮，從而避免混凝土表面出現(xiàn)裂縫。塑性狀態(tài)的混凝土強(qiáng)度極低，纖維在塑性狀態(tài)的混凝土中能承受由于干縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，減少與阻止塑性狀態(tài)下混凝土內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3.2 在硬化混凝土中可起有效的阻裂作用

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>硬化的混凝土由于干燥收縮、溫度收縮及碳化收縮的存在，常會(huì)引起混凝土內(nèi)部產(chǎn)生各種收縮應(yīng)力，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中時(shí)，摻入纖維可防止微裂縫擴(kuò)展，并阻止連通裂縫出現(xiàn)。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3.3 纖維對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響機(jī)理

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>根據(jù)現(xiàn)代線彈性斷裂力學(xué)理論，即所謂Romualdi理論，由于纖維的存在使應(yīng)力裂縫趨于閉合[1]。在混凝土中，當(dāng)纖維分布的平均間距小于value="7.6" UnitName="mm" w:st="on">7.6mm時(shí)，混凝土的抗拉或抗彎初裂強(qiáng)度就能得以明顯提高。因此，摻纖維的混凝土基材在限制收縮的條件下，因失水干縮而引發(fā)裂縫時(shí)，由于纖維存在阻裂作用，可顯著減少初始裂縫的數(shù)量，有效抑制裂縫的寬度和長(zhǎng)度，并因此大大降低了生成連通裂縫的可能性。混凝土中摻入纖維的體積率達(dá)0.003%時(shí)就可使混凝土的裂縫被明顯細(xì)化。當(dāng)裂縫寬度超過自愈范圍后，裂縫的漏水量與裂縫寬度的三次方成正比。因此，混凝土中由于纖維的存在，即使裂縫的總面積不變，但由于摻入的纖維使裂縫細(xì)化也會(huì)使混凝土的總漏水量大大減少。理論分析認(rèn)為[2]，由于裂縫的細(xì)化，混凝土的漏水量與細(xì)分后的裂縫根數(shù)成反比。因此不難看出，單位混凝土體積內(nèi)均勻分布的纖維根數(shù)越多，混凝土凝結(jié)過程中產(chǎn)生的裂縫就越細(xì)化，裂縫寬度就越窄，混凝土的抗?jié)B性能也就越優(yōu)越。這就是纖維混凝土具有較高抗?jié)B性能的主要原因。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3.4 纖維對(duì)混凝土抗收縮開裂性能的影響機(jī)理

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left>混凝土在澆筑后出現(xiàn)裂縫，主要是由于混凝土內(nèi)部因?yàn)槭湛s而出現(xiàn)局部的拉應(yīng)變，當(dāng)拉應(yīng)變超過其極限應(yīng)變值時(shí)，裂縫就會(huì)不可避免地產(chǎn)生。當(dāng)有大量的單絲纖維均勻地分布于混凝土當(dāng)中時(shí)，即可承受因混凝土收縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)變，延緩或阻止混凝土出現(xiàn)裂縫。纖維在混凝土內(nèi)呈均勻亂向分布，抑制了裂縫的發(fā)展，產(chǎn)生顯著的阻裂效應(yīng)[3]。因此，聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)主要體現(xiàn)在消除或減輕了早期混凝土原生裂隙的發(fā)生和發(fā)展，可理解是通過聚丙烯纖維提高早期混凝土的抗拉強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果還表明聚丙烯纖維還具有明顯的保水作用，與素混凝土的相比，水損失明顯減少，保水能力提高了31~54%不等，亦提高了混凝土的抗干縮性能。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>4 結(jié)論

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left> 根據(jù)本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，摻入改性聚丙烯纖維對(duì)混凝土耐久性能有明顯改善。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left> 改性聚丙烯纖維可大幅度提高混凝土的抗收縮開裂性能，裂縫消除率達(dá)50%以上。纖維摻量越高，抗?jié)B性能越好。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-layout-grid-align: none" align=left> 改性聚丙烯纖維可大幅度提高混凝土的抗收縮開裂性能，裂縫消除率達(dá)90%以上。建議在實(shí)際工程中纖維適用型號(hào)為19/1.2和19/0.9兩組。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>參考文獻(xiàn)

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1 蘇健波.等. 杜拉纖維增強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能研究. 廣東土木與建筑，2000，：23~26

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2 朱江. 聚丙烯纖維混凝土的防水機(jī)理及應(yīng)用技術(shù). 建筑技術(shù)，2001，32：455

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3 趙霄龍. 巴恒靜. 普通強(qiáng)度高耐久性混凝土的配制技術(shù). 建筑技術(shù)，2004，35：26~29

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>作者簡(jiǎn)介：