聚丙烯纤维对硅粉混凝土性能影响研究.pdf

第 3 2卷第 9期 2 0 1 0年 9月 人民黄河 YELLOW RI VER Vo 1 ． 3 2． N o． 9 S e p ．， 2 01 0 【 水利水 电工程 】 聚丙烯纤维对硅粉混凝土性能影响研究 薛媛 ， 娄 宗科 ( 1 ． 甘肃农 业大学 工学院 ， 甘 肃 兰州 7 3 0 0 7 0 ； 2 ． 西北农林科技大学 水利与建 筑工程 学院， 陕西 杨凌 7 1 2 1 0 0 ) 摘要： 硅粉混凝土提高了水泥石的抗冲磨强度， 但存在水化热温升较高、 干缩变形较大、 经常开裂的现象。 试验研究了 在硅粉混凝土中掺入聚丙烯纤维对混凝土性能的影响。结果表明： 聚丙烯纤维抑制了硅粉混凝土的干缩变形， 提高了混 凝土的抗 冲磨性能 、 劈拉 强度 ， 同时获得 了良好的抗渗性 。综合考虑混凝土抗压强度 、 劈拉 强度及抗渗性 ， 硅 粉混凝土 中 纤维掺量最优值为 0 ． 6 k m 。 关键词 ：硅粉 ；聚 丙烯纤维 ；抗 冲磨性 能；耐久性 中图分类号-T U 5 2 8 ． 5 7 2 文献标识码 ： A d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 — 1 3 7 9 ． 2 0 1 0 ． 0 9 ． 0 5 5 水利水 电工程过水建 筑物混凝 土的磨 损是不 可忽视 的问 题 ， 这种磨损主要发生在大坝的溢洪道、 通航建筑物的闸室底 板、 输水廊道以及电站底部的排沙孑 L 等部位。船闸、 输水廊道 等建筑物遭受破坏后， 修复是十分困难的。采用抗冲磨性能优 良的材料是延长大型水利水电工程使用寿命的重要手段。目 前国内外使用的抗冲磨混凝土主要有浸渍混凝土、 钢纤维混凝 土 、 硅粉混凝土、 铸石混凝土等。铸石混凝土 、 浸渍混凝土价格 昂贵； 钢纤维混凝土施工困难且成本较高； 硅粉混凝土增加了 水泥石的抗冲磨强度， 但硅粉混凝土存在水化热温升较高、 于 缩变形较 大的不足 ， 在工程 中经常 有硅粉混凝 土开 裂的现 象 ， 从而使混凝土耐久性降低 。 。 聚丙烯纤维是由丙烯聚合物制成的烯烃类纤维， 具有强度 高、 相对密度小、 不吸水、 耐酸碱腐蚀、 无毒等特性。在水泥砂 浆或混凝土中掺入少量的聚丙烯纤维能有效地抑制混凝土的 塑性收缩开裂 ， 改善混凝土抗渗、 抗冻和抗冲磨等性能， 提高混 凝土的柔韧性 、 抗 冲击性 和抗疲劳 性。对于 高强混凝 土 ， 水泥 用量较多， 容易产生裂缝， 掺入聚丙烯纤维能有效地抑制混凝 土裂缝的产生 。 1 试验材料和方法 胶凝材料采用 C 4 2 ． 5普通硅酸盐水 泥 ， 其各项性能 均满足 国家标准的规定； 硅粉 S ； O ：含量为 9 0 ． 3 6 ％； 聚丙烯纤维长为 1 9 m m， 其杨氏弹性模量 为 3 ． 7 G P a 。河砂 采用天然河 砂 ， 细 度 模数为2 ． 4 3 ， 含泥量为 1 ％； 卵石粒径为5～ 2 0 ram( 占4 5 ％) 及 2 0— 4 0 m m( 占5 5 ％ ) ； 减水 剂掺量为 1 ％； 拌合用水为地方饮用 水， 水质满足试验要求。 混凝土设计为二级配 C 4 0 ， 水胶比为 0 ． 4 ， 以坍落度控制用 水量。测试硅粉掺量为 1 0 ％ 、 聚丙烯纤维掺 量不 同的情况下 ， 混凝土抗压强度 、 劈裂抗拉强度 、 抗 冲磨强度 、 于缩性能 及渗 透 性 。其 中抗冲磨 强度采用水下钢球法进行测定 ， 渗透性采用抗 渗标号法进行测定 。 1 3 O 2 混凝土性能试验 2 ． 1 抗冲磨强度试验 试验结果见表 1 。由表 1 可以看出， 硅粉与聚丙烯纤维均 能提高混凝土的抗冲磨性能， 较之单掺硅粉， 两者共掺时混凝 土抗冲磨性能显著提高， 增幅最大达 6 0 ％。其主要原因是聚丙 烯纤维可以有效地抑制早期混凝土因离析、 泌水、 收缩等而形 成的原生裂缝的发生和发 展 ， 提高 了材料 的连续性 ， 有效地 补 偿了硅粉对混凝土产生的塑性收缩， 使混凝土的性能得到显著 改善。 表 1 混凝土抗冲磨 强度 通过对比抗冲磨前后试件的外观， 可以看出试件磨损较均 匀， 水泥与骨料的黏结较好 ， 说明纤维改善了混凝土的脆性， 阻 碍了冲击或磨损裂缝的发展。聚丙烯纤维掺量为 0 ． 3 、 0 ． 6 、 0 ． 9 k g ／ m 和 1 ． 2 k m 时， 混凝土抗冲磨强度分别提高了3 9 ％、 5 0 ％、 5 8 ％和6 0 ％， 可见当聚丙烯纤维掺量从 0 ． 3 k g ／ m 提高 到0 ． 6 k g ／ m 时混凝土抗冲磨强度增幅最大， 而掺量超过 0 ． 6 k g ／ m 时增长幅度逐渐减小。 2 ． 2千缩性能试验 掺人聚丙烯纤维对硅粉混凝土强度及干缩性能的影响 收稿 日期 ： 2 0 0 9 一l l 一1 2 作者简介： 薛媛( 1 9 8 2 一) ， 女， 安徽蒙城人， 助教， 主要从事水工材料方面的研 究工 作 。 E— ma i l ： y x 89 2 4@ 1 63 c om 人 民 黄 河2 0 1 0年第 9期 见表 2 。由表 2可以看出， 当硅粉掺量为 1 0 ％时， 一旦掺入聚 丙烯纤维 就能抑 制混凝土各个龄期 的干缩变形 ， 其 中以聚丙烯 纤维掺量为 0 ． 9 k g ／ m 收缩 最 小。将 聚 丙烯 纤 维掺 量 为 0 ． 9 k g ／ m 的硅粉混凝土与不掺 聚丙 烯纤 维 的硅粉混 凝土 相 比较 ， 可以看出： 龄期为 7 d时硅粉混凝土干缩减小 2 3 ． 8 ％； 龄期为 1 4 d时硅粉混凝土 干缩 减小 2 9 ． 5 ％ ； 龄期 为 2 8 d时硅 粉混 凝 土 F 缩减 小 2 8 ． 1 ％。 表 2 聚丙烯 纤维硅粉 混凝 土强度及 干缩性能 2 ． 3强度性能试验 由表 2可知， 聚丙烯纤维混凝土的抗压性能随纤维掺量的 增加略有降低， 但降低幅度不大。观察抗压试件破坏的情况， 试件破坏已不是脆性破坏 ， 试件破坏后基本不破碎， 骨料问有 纤维连接， 掺入聚丙烯纤维后混凝土韧性增强， 纤维抑制了裂 缝 的产生 ， 当裂缝 生成 时还可 以抑 制 裂缝 的扩展 。由此 可知 ， 聚丙烯纤维可 以增 强混凝 土 的韧性 ， 改善 混凝 土 的破 坏形 式 。 从劈裂抗拉强 度试 验数据 中可 以看 出 ， 混凝 土 中掺入 聚丙烯 纤 维增强了混凝土的劈拉强度， 其最大增幅超过 3 0 ％， 聚丙烯纤 维的弹性模最相对较高， 依靠纤维材料与水泥浆之间的界面吸 附黏结力， 增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度； 另外， 聚丙烯 掺量从 0 ． 3 k l I l 增至 0 ． 6 k g ／ I n 时， 劈拉强度明显增强， 而继 续增加纤维掺量 ， 劈拉强度增加 幅度变小。 2 ． 4 抗渗性试验 不同聚丙烯纤维掺量下 ， 混凝土渗水高度见图 1 。从图 1 中可以看出， 在混凝土中加入 0 ． 3 k g ／ in 聚丙烯纤维后， 混凝 土的渗水高度明显减小， 渗水高度从 l 2 ． 7 c m减小到 8 ． 0 c m， 在纤维掺量为0 ． 9 k g ／ m 时， 渗水高度为 7 ． 3 e m。当纤维掺量 继续增大时， 有抗渗性下降的现象， 其原因可能是纤维不容易 均匀分散 ， 有结团 、 成束 现象 ， 反而会起 反作用 。 3 结语 图 1 聚丙烯纤维混凝土渗透性能 硅粉混凝土内掺入聚丙烯纤维后， 一方面纤维阻止 了混凝 土的离析现象 ， 提高 了混 凝土 的整 体均 匀性 ， 避 免 了不均 匀收 缩的发生， 减少了内部裂缝； 另一方面若因收缩而引发了裂缝 的产生 ， 纤 维的阻裂作用 可使 裂缝 的数 量减 少 、 长度 和宽 度显 著减小 ， 从 而降低 了生成贯通裂缝 的可 能。 由试验结 果可 以看 出， 聚丙烯纤维显著抑制 了硅粉混凝士的于缩 变形， 聚丙烯纤 维与硅粉共掺提高了混凝土的抗冲磨性能、 劈拉强度， 同时使 其获得了良好的抗渗性 。综合考虑混凝土抗压强度、 劈拉强度 及抗渗性 ， 硅粉混凝土中纤维掺量最优值为0 ． 6 k g ／ m 。 参考文献 ： [ 1 ] 张光碧 ， 王红强 ， 谢玉杰 ， 等． 水工抗 冲磨混凝 土外掺合 料合理 用量的讨 论 [ J ] ． 四川水 力发电， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 7 3 — 7 6 ． [ 2 ] 林宝玉， 蔡跃波 高强硅粉抗磨蚀混凝土开裂的成因及防治[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 0( 7) ： J 】一1 4 ． [ 3 ] 薛媛． 粉煤灰混凝土抗冲磨性能的试验研究[ J ] ． 人民黄河， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 5 ) ： 9 4— 9 5 ． [ 4 ] 徐至钧． 纤维混凝土技术及其应用[ M] ． 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 3 ． [ 5 ] 刘卫东， 王依民． 聚丙烯纤维混凝土的耐磨损及抗冲击性能研究[ J ] ． 混凝 土 ， 2 0 0 5( 1 ) ： 4 3—4 5． [ 6 ] 姜景， 钱玉林 聚丙烯纤维混凝土阻裂机理探讨[ J ] ． 吉林水利， 2 0 0 4 ( 3 ) ： 2 0—2 3 ． 【 责任编辑吕艳梅】 ( 上接第 1 2 9页) 水平不高， 说明设计推荐的厚度是合适的。 图 4 蓄水期坝体最大横剖面垂直位移等值线( 单位 ： m) 图 5 蓄水期最大横剖面水平位移等值线 ( 单位 ： m) 参考 文献 ： 图6蓄水期最大横剖面应力水平 S等势线 [ 1 ] C h o i H S ．D e s i g n c o n s i d e r a t i o n s f o r t h e 2 0 5 m h ig h B a k u n D a m i n S a r a w a k [ C ] ／ ／ T h e T r a n s i t i o n s o f 1 9 t h I C O L D． F l o r e n c e ： I C O L D。 1 9 9 7 ： 1 0 3— 1 2 1 ． [ 2 ] 朱晟 ， 闻世强 ， 黄亚 梅． 一座 2 0 0 I T I 级 高面板坝 的变形和应力计算 研究 [ J ] ． 河海大学学报 ， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 6 ) ： 6 3 1 — 6 3 4 ． [ 3 ] 朱晟． 现代混凝土面板堆石坝的进展[ J ] ． 水利水电科 技进展 ， 1 9 9 9 ， 3 0 ( 2 ) ： 1 9—21． [ 4 ] 沈风生 ， 潘恕 ， 耿哗． 小浪底斜心墙堆 石坝 的有 效应 力分析 [ J ] ． 人 民黄 河， 1 9 9 4， 1 6 ( 5 ) ： 3 5—4 1 ． 【 责任编辑吕艳梅】 l 31