聚乙烯醇纤维对盐冻混凝土抗折强度的影响.pdf
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1、 9 2 材料导报 B: 研 究篇 2 0 1 5年 1 2月( 下) 第 2 9卷第 l 2期 聚乙烯醇纤维对盐冻混凝土抗折强度的影响 刘曙光 , 尹立强。 , 闰长 旺 , 张 菊 , 闰 敏。 ( 1 内蒙古工业大学矿业学院, 呼和浩特 0 1 0 0 5 1 ; 2 内蒙古工业大学材料科学与工程学院, 呼和浩特 0 1 0 0 5 1 ; 3 鄂尔多斯市建设工程质量监督站,鄂尔多斯 0 1 7 0 0 0 ) 摘要 通过聚 乙烯 醇纤维增 强混凝 土( P VA F R C ) 试件和素混凝土试件 2 8 d弯曲抗折 试验 和 3 0 0次盐冻后 弯 曲抗折试验, 考察盐冻对混凝土试件
2、弯曲抗折强度的损伤和纤维对盐冻前后混凝土试件弯曲抗折强度的增强作用。 设置了3 种纤维体积掺量的P VA- F R C试件, 并在纤维体积掺量为1 5 的基础上, 分别以1 O 硅灰和 2 O 粉煤灰 替代等量水泥试图提高 P VA - F R C试件盐冻前后抗折强度。结果表明, P VA H 试件盐冻前后抗折强度均大于素 混凝土试件盐冻前后 抗折 强度 , 纤维体积掺 量为 1 5 的 P VA - F RC试件盐冻前后 增益比最大; P VA F R C试件盐 冻 后抗折强度损伤量远小于素混凝土试件抗折强度损伤量, 纤维体积掺量为 1 5 的 P V A- F R C试件损伤量最低; 硅
3、灰和粉煤灰的掺加没有提高 P VA - F R C试件盐冻前后的抗折强度, 也没能降低 P VA- F R C试件盐冻后抗折强度损伤 量 。 关键词P V A纤维增强混凝土盐冻弯曲抗折强度硅灰粉煤灰 中图分类号 : T U5 2 8 5 8 1 文献标 识码 : A D OI : i 0 1 1 8 9 6 j i s s n 1 0 0 5 0 2 3 X 2 0 1 5 2 4 0 2 2 I mpr o v e d Fl e x u r a l S t r e ng t h Re s i s t a nc e 0 f PVA Fi b e r - r e i nf o r c e d C
4、o n c r e t e S u b j e c t e d t o F r e e z i n g a n d T h a wi n g C y c l e s i n C h l o r i d e E n v i r o n me n t LI U S h u g u a n g ,YI N L i q i a n g ,YAN Ch a n g wa n g ,Z HANG J u ,YAN Mi n 。 ( 1 S c h o o l o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y ,I n n e r Mo n g o l i a Un i v e
5、 r s i t y o f Te c h n o l o g y, Ho h h o t 0 1 0 0 5 1 ; 2 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g ,I n n e r Mo n g o l i a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ,Ho h h o t 0 1 0 0 5 1 ; 3 Qu a l i t y Mo n i t o r i n g S t a t i o n o f Or d o s ,Or d o s
6、 0 1 7 0 0 0 ) Ab s t r a c t Fl e x u r a l s t r e n g t h o f P VA f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e( PVA- F RC)s p e c i me n s a n d p l a i n c o n c r e t e s p e c i me n s we r e c u r e d f o r 2 8 d a y s a n d e x p o s e d t o 3 0 0 c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h
7、a wi n g i n c h l o r i d e e n v i r o n me n t we r e t e s t e d E f f e c t o f s a l t - f r e e z i n g a n d P VA f i b e r - r e i n f o r c e me n t o n f l e x u r a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e wa s s t u d i e d P VA- F RC s p e c i me n s wi t h f i b e r v o l u me f r a c t
8、i o n o f t h r e e k i n d s o f p r o p o r t io n we r e u s e d f o r t h i s t e s t W i t h 1 O s i l i c a f u me a n d 2 0 f l y a s h i n s t e a d o f t h e i s o me t r i c c e me n t r e s p e c t i v e l y b a s e d o n P VA- FRC s p e c i me n s wi t h f i b e r v o l u me o f 1 5 a n
9、d e x p e c t e d t o i mp r o v e f l e x u r a l s t r e n g t h o f P VA FRC b e f o r e a n d a f t e r s a l t - f r e e z i n g I t s h o we d t h a t t h e f l e x u r a l s t r e n g t h o f PVA- F RC s p e c i me n s b e f o r e a n d a f t e r s a l t - fre e z i n g wa s g r e a t e r t h
10、 a n p l a i n c o n c r e t e s p e c i me n s Ga i n r a t i o s o f P VA- F RC s p e c i me n s we r e g r e a t e r t h a n 1 1 3 。 a n d P VA F RC s p e c i me n s wi t h f i b e r v o l u me o f 1 5 o b e f o r e a n d a f t e r s a l t - f r e e z i n g wa s g r e a t e r t h a n a l l o t h
11、e r s Da ma g e o f f l e x u r a l s t r e n g t h o f P VA F RC s p e c i me n s a f t e r s a l t - f r e e z i n g wa s mu c h l e s s t h a n p l a i n c o n c r e t e s p e c i me n s ,PVA FRC s p e c i me n s wi t h f i b e r v o l u me o f 1 5 wa s l e s s t h a n a l l o t h e r s Re s i s
12、t a n c e o f P VA f i b e r - r e i n f o r c e d c o n c r e t e wi t h s i l i c a f u me a n d f l y a s h b e f o r e a n d a f t e r s a l t f r e e z i n g wa s n t i mp r o v e d,a n d d a ma g e o f PVA FRC s p e c i me n s wa s n t r e d u c e d Ke y wo r d s P VA f i b e r - r e i n f o r
13、 c e d c o n c r e t e ,f r e e z i n g a n d t h a wi n g c y c l e s i n c h l o r i d e e n v i r o n me n t ,f l e x u r a l s t r e n g t h r e s i s t a n c e ,s i l i c a f u me ,f l y a s h 0嘴 嘉 囊 篇 圭 混凝土抗冻耐久性研究受到重视 , 研究人员对经冻融循 化损伤的本质 。 环作用后混凝土的力学性能进行试验后发现, 混凝 土在冻融 在北方寒冷地区, 除冰盐和冻融循环共同作用是混凝土
14、循环作用后抗拉强度、 抗压强度和和抗折强度等力学性能会 路桥结构耐久性失效的主要原因之一, 通过研究混凝 土抗盐 *国家 自然科学基金( 5 1 3 6 8 0 4 1 ; 5 1 1 6 8 0 3 3 ) ; 内蒙古 自然科 学基 金( 2 0 1 2 MS 0 7 0 6 ; 2 0 1 3 MS 0 7 0 9 ) 刘曙光: 男 , 1 9 6 0年 生, 教授, 博士生导师 , 主要研 究方 向为水泥基 复合材料 E - ma i l : l i u s g 6 0 1 1 1 2 6 c o m 尹 立强 : 男, 1 9 8 9年 生, 博 士生, 主要研 究方向为水 泥基 复合
15、材料E - ma i l : y i n l i q i a n g 0 7 2 0 1 2 6 c o rn 聚 乙烯醇纤维对盐冻混凝土抗折强度的影响 刘曙光等 9 3 冻性能来表征耐久性要求更为严格。于红发等。 。 进行 了混 凝土构件在氯盐冻融循环作用后的静力弯曲加载试验 , 结果 表明, 盐冻后混凝 土构件弯曲刚度和极 限抗弯承载力下降, 且弯 曲刚度和极限抗 弯承载力的变化与动弹性模量变化是 相关联的。为了配制抗盐冻混凝土 , 巴恒静等 间通过涂刷 有机硅涂料和抗盐冻外加剂对混凝土进行盐冻试验 , 结果发 现有机硅涂料和抗盐冻外加剂显著提高了混凝土 的抗盐冻 性能。但是通过涂刷有机硅
16、涂料和抗盐冻外加剂来改善混 凝土抗盐冻性能 , 只是从表面抑制 了冻融循环作用对混凝土 的损伤 , 并没有从实质上提 高混凝 土基体本身 的抗 盐冻性 能 。 试验研究表明, 纤维的掺加会提高混凝土的力学性能 以 及抗冻耐久性能 。此外 , L i n 等 1 D 研究 了纤维类型对纤 维增强高粉煤灰掺量水泥基复合材料弯曲性能的影响 , 结果 表明 , 经特殊处理 的钢纤维和 P VA纤维增强水泥基复合材 料 因具有超高应变硬化和多缝 开裂特性 , 其延展性、 抗弯强 度、 残余强度和韧性均优于其他纤维增强复合材料。徐世娘 等L 1 妇 研究了超高韧性水泥基复合材料的抗冻耐久性 , 结果表 明
17、, 其抗冻性得到 明显提高。有研究表 明, 掺加适量 粉煤灰 和硅灰替代胶凝材料能改善混凝土以及纤维混凝土的力学 性能和耐久性能l 1 。 。 本实验通过纤维混凝土试件和素混凝土试件弯曲抗折 试验和氯盐冻融循环试验 , 研究纤维对混凝土盐冻前后抗折 强度的影响, 并试图通过分别 以 1 O 硅灰和 2 O 粉煤灰替 代等量水泥来提高 P V A - F R C试件盐冻前后抗折性能。 1 实验 1 1 试验材料与配合比 采用 日本 Ku r a r a y公司生产的 K- 型 P VA纤维 , 纤维 表面经过特殊处理 , 分散性好, 纤维特性如表 1 所示 ; 硅灰选 用挪威挨肯硅微粉, 具有较
18、大的比表面积 , 粉煤灰选用 电厂 生产的 I 级粉煤灰 ; 水泥选用冀 东 P O 4 2 5 R型普通硅酸 盐水泥, 细骨料选用粒径约为 1 5 0 m的优质石英砂 ; 减水剂 为 3 3 0 1 E型改性聚羧酸盐混凝土高效减水剂, 增稠剂为颗粒 状粉末羟丙基 甲基纤 维素 ( HP MC) , 水为 普通生 活用水 。 P VA F R C试件与素混凝土试件配合比如表 2所示。 表 1 P V A纤维特性 Ta b l e 1 Pe r f o r ma n c e i n d e x o f P VA f i b e r S p e c i me n s C e me n t S i
19、l i c a f u m e F l y a s h Wa t e r S i l i c a s a n d S u p e r p l a s t i c i z e r T h i c k e n e r V f 注: P表示素混凝土试件; F 1 表示P VA纤维体积掺量为 1 的P VA - F R C试件; F S 1 5表示在 P V A纤维体积掺量为 1 5 的基 础上掺入 1 0 硅灰替代等量水泥的P VA - F R C试件; F A1 5表示在 P VA纤维体积掺量为1 5 的基础上掺入 2 0 , 4粉煤灰替代等 量水泥的 P VA - F R C试件; 为 P VA
20、纤维体积掺量 表 3 各试验试件分配情况 Ta b l e 3 Di s t r i b u t i o n o f t h e t e s t s p e c i me n s 1 2 试件制作 将水泥 、 石英砂 ( 和硅灰或粉煤灰) 按配合 比称量后倒入 H J W- 6 0型混凝土搅拌机 , 干拌 1 2 0 s 至均匀分散 , 加水搅拌 1 2 0 s , 而后加入增稠剂 , 搅拌 1 2 0 s , 再加入减水剂 , 搅拌 1 2 0 S , 最后加入 P V A纤维, 搅拌 3 6 0 S , 至各种材料都均匀分散 。 所有试件浇注成型后在振动台上振捣 6 0 S , 静置 2
21、4 h后拆 模, 移入温度为( 2 0 2 )、 相对湿度为 9 5 的标准养护室 内养护 2 8 d , 试件制作完成。 1 3 试验 方法 试验分为弯曲抗折试验和氯盐冻融循环试验两部分 , 各 试验试件分配情况如表 3 所示 , 参照 普通混凝土力学性能 试验方法) ( GB T5 0 0 8 1 2 0 0 2 ) 进行弯曲抗折强度试验。2 8 d 抗折强度试验和盐冻后抗折 强度试验共 1 2组 , 每组 3个试 件, 采用尺寸为 1 0 0 mm1 0 0 mm4 0 0 mm 的无筋小梁试 聚 乙烯醇纤维对盐冻混凝土抗折强度的影响 刘曙光等 9 5 K a r a h a n等_ 】
22、 研究认为, 混凝土中纤维的掺人削弱了孔 隙水冻结产生的膨胀压应力, 使混凝土冻融损伤得 到缓 和; 纤维增强混凝土抵抗冻融循环作用 , 被认为是随着温度变化 纤维体积收缩引起的, 研究表 明, 高分子材料 ( 这里指纤维) 的热膨胀系数远大于混凝土的热嘭胀系数_ 】 因此, 当温 度降低时 , 混凝土 中纤维的体积收缩率大于混凝土基体的收 缩率 , 导致纤维与基体界面可能产生微裂缝 ; 这些微裂缝可 以充当加气混凝土中的孔隙网络, 消除由于孔隙水冻结产生 的应力集中, 阻止混凝土开裂和裂缝扩展。 另一方面 , 冻融循环作用会使混凝土产生弥散裂缝 , 由 氯盐冻融循环作 用产生 的随机分布裂缝
23、可能会减 小混凝 土 梁抵抗拉应力和弯 曲应力的有效横截面积l_ 1 。由于纤维的 掺入能够减少和抑制 随机裂缝的产生 和发展 , 因此 , 纤维的 掺入使混凝 土受弯试件具有较大 的有 效横截面积 , 从而使 P VA F RC试件 比素混凝土试件表现出更好的抵抗弯 曲破坏 的能力。 综合 以上分析, P VA纤 维对经受 氯盐 冻融循 环作用的 混凝土试件抗折强度有积极作用, 主要是 由于 P VA纤维增 强了 昆 凝土试件对冻融循环作用和弯曲破坏 的抵抗能力。 2 2 掺合料对 P V A - F R C盐冻前后抗折强度的影响 矿物掺合料组试件盐冻前后抗折强度如图 4所示 。盐 冻前 ,
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