改性聚丙烯纤维混凝土氯离子扩散试验研究.pdf

第 3 7卷第 3期 2 0 1 1 年 6月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 2 0 5 改性聚丙烯纤维混凝土氯离子扩散试验研究 代兵权 ， 蔡迎春 ( 郑州大学水利与环境学院， 河南 郑州4 5 0 0 0 2 ) 摘要： 聚丙烯纤维通过提高混凝土的早期抗裂能力增强了混凝土的抗渗性能。将掺入改性聚丙烯纤维的混凝土试件浸泡 于 3 ． 5 ％ N a C 1 溶液和青岛海域海水溶液中， 测试混凝土不同深度的氯离子浓度， 并计算不同腐蚀龄期混凝土的氯离子扩散系 数 ， 通过对比分析， 研究掺人改性聚丙烯粗纤维或粗细混杂纤维后的混凝土的抗氯离子腐蚀性能。研究结果表明， 掺加改性 聚丙烯纤维能提高混凝土抗氯离子腐蚀性能， 降低氯离子在混凝土中的扩散速率 ， 且掺粗、 细混杂纤维的效果要好于单掺纤维。 关键词： 改性聚丙烯仿钢丝纤维； 混杂纤维； 纤维混凝土； 氯离子扩散 中图分类号： T U 5 2 8 ． 5 7 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 8—1 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 3— 2 o 5一 o 3 Ex p e r i m e n t a l r e s e a r c h o n c h l o r i de d i ffu s i o n o f mo difie d po l y p r o p y l e ne fib e r c o n c r e t e DAI Bi n g q u a n． CAI Yi n g c h u n ( C o l l e g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y＆E n v i r o n me n t a l E n g i n e e ri n g o f Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： P o l y p r o p y l e n e fi b e r w o u l d ~ n h a n c e i mp e r v i o u s p e rf o r manc e o f c o n c r e t e t h r o u g h i mp r o v e e a d y c r a c k i n g r e s i s t a n c e ． F i r s t l y i mme r s e mo d i fi e d p o l y p mp y l e n e fi b e r c o n c r e t e s p e c i me n s i n 3 ． 5 ％ Na C 1 s o l u t i o n a n d s e a w a t e r ． t h e n me a s u r e c h l o r i d e i o n c o n c e n t r a t i o n a t d i ffe r e n t d e p t h s i n t h e c o n c r e t e ， a n d c alc u l a t e c h l o rid e i o n d i ff u s i o n c o e ff i c i e n t i n d i ff e r e n t c o r r o s i o n a g e ． T h e a n t i — c h l o ri d e c o r r o s i o n i s r e s e a r c h e d b y c o mp a r i n g a n d a n a l y s i s t h e d i ff e r e n t c o n c r e t e mi ~n g w i t h mo d i fi e d p o l y p mp y l e n e fi b e r a n d h y b ri d fi b e r s ．Th e e x p e rime n t s i n d i c a t e t h a t ， mo d i fi e d p o l y p r o p y l e B e fi b e r C an r a i s e c hlo rid e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e p e r f o rm anc e ， r e d u c e c h l o ri d e d i ff u s i o n r a t e， and p o l y p r o p y l e n e h y b rid fi b e r i s b e t t e r t h a n s i n g l e — d o p e d modi fi e d p o l y p r o p y l e n e fi b e r ． Ke y wo r d s ： modi fi e d p o l y p r o p y l e n e i mi t ~i o n wi r e fi b e r ； p o l y p r o p y l e n e h y b ri d fi b e r ； fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e； c h l o ri d e c o r r o s i o n 0 引 言 响， 为 该 纤维的 应用 提供 参考。 因氯离子导致 的钢筋锈蚀 已被公认为影响钢筋 混凝土耐久性问题的首要因素， 混凝土抗氯离子侵 蚀已经成为混凝土耐久性研究 的热点问题 引。相 关研究 刮表 明： 低掺量聚丙烯纤维能提高混凝土早 期抗裂性能， 阻止混凝土内部原始细裂缝的发生， 提 高了混凝土的抗氯离子渗透渗性能。文献[ 7 - 8 ] 对 聚丙烯粗合成纤维抗氯离子腐蚀试验研究， 结论认 为改性聚丙烯纤维能提高混凝土抗氯离子腐蚀性 能， 且性能优于钢纤维。但文献[ 9 ] 研究结果表明， 在标准养护条件下， 随着聚丙烯纤维掺量的增加， 混 凝土中均 出现 了氯离子迁移 电量增加的现象 ， 且增 加的幅度随着水灰比的增加而增大， 研究结果存在 偏差。本文通过对掺改性聚丙烯仿钢丝纤维和聚丙 烯混杂纤维( 改性聚丙烯仿钢丝纤维和普通聚丙烯 纤维) 混凝 土进行氯离子扩散试验 ， 研究改性 聚丙 烯仿钢丝纤维对普通混凝土抗氯离子渗透性能的影 收稿 日期 ： 2 0 0 9 ． 1 0 — 1 9 作者简介： 代兵权( 1 9 8 5 一) ， 男， 硕士， 主要从事工程结构无损检测 工作。 E —m a l l ： b i n g q u a n —d a i @ 1 6 3 ． c o m 1 试验原材料及试验方案 1 ． 1 试验原材料 水泥 ： 5 2 ． 5 普通硅酸盐水泥。试验实测 3 d抗 压强度3 2 ． 9 M P a 、 抗折强度6 ． 8 M P a ， 2 8 d 抗压强度 5 9 ． 8 MP a 、 抗折强度 9 ． 1 MP a 。 碎石 ： 花岗岩碎石 ， 规格为 5— 2 5 m m， 压碎指标 1 3 ． 8 ％， 针片状含量4 ． 8 ％， 含泥量 1 ． 1 ％， 级配符合 规范要求 。 砂 ： 中砂， 细度模数为 2 ． 7 ， 含泥量为 1 ． 8 ％， 非 活性集料 ， 级配合格 。 粉煤灰 ： I 级粉煤灰， 粒径主要在 l O m左右 ， 9 0 ％以上都小于2 0 tx m； 细度： 4 5 tx m方孔筛筛余为 1 0 ． 6 ％， 需水量 9 3 ％， 综合性能满足 G B ／ T 1 5 9 6— 2 0 0 5中的 I 级要求 。 聚丙烯纤维 ： 试验用纤维为江苏强力纤维公司 生产的普通聚丙烯纤维( 以下简称细纤维) 和北京 中纺纤建科技公司提供的改性聚丙烯仿钢丝纤维 ( 以下简称粗纤维) 。 1 ． 2 试验方案 混凝土设计强度等级为 C 2 5 ， W ／ C为0 ． 4 8 3 ， 相 应的混凝土配合比为： 水： 水泥： 粉煤灰： 碎石： 砂 = 代兵权， 等： 改性聚丙烯纤维混凝土氯离子扩散试验研究 2 0 7 距表面深度 ／ Ⅱ 1 m ( a ) 单掺纤维对比 距表面深度 ／ mm ( b ) 同质量不同纤维组合 图3 纤维混凝土海水中氯离子扩散浓度 F i g ． 3 C h l o r i d e i o n d i ff u s i o n w h e n p p - j fi b e r c o n c r e t e d i p p e d i n s e a wa t e r l O 搽 一8 箍 6 O 0 2 4 6 8 纤维掺量／ ( k g ／ m3 ) ( a ) 单掺粗纤维 4 6 3． 5 +0． 5 5． 5 +o ． 5 纤维掺量／ ( k g ／ m ) ( b )同质量不同纤维组合 图 4 纤维混凝 土海水 中氯离子扩散 系数 F i g ． 4 Ch l o rid e i o n d i ffus i o n c o e ffi c i e n t wh e n P P fib e r c o n c r e t e d i p p e d i n s e a wa t e r 纤维， 氯离子扩散系数降低了 2 3 ％左右， 与纤维混 凝土在 N a C 1 溶液中的扩散规律相似。 由图 5可知 ： 混凝土在 N a C 1 溶液和海水溶液 中 浸泡后 ， 其氯离子扩散系数均在 5～9 (1 0 m ／ s ) ， 满足一般水 利工程 的耐久性要求。对 比两种情 况 ， 混凝土在海水溶液中浸泡比在氯盐溶液中后 ， 氯 离子扩散系数降低了 9 ％ 一1 6 ％。其原因可能为， 海水中硫酸根离子的存在延缓了氯离子的扩散速 度。在硫酸根和氯离子同时存在的情况下， 硫酸根 会先于氯离子与水泥中未水化的硅酸三钙反应生成 钙矾石， 钙矾石具有膨胀性， 受到周围混凝土约束 ， 会向混凝土内部的孔隙发展使混凝土的密实度增 加， 这可能是硫酸根降低氯离子扩散系数的原因， 具 体原因有待进一步研究。 0 6 5． 5 +0． 5 不同纤维掺量渴凝土 图5 纤维混凝土在 N a C 1 溶液和海水中氯离子 扩散系数对 比 F i g ． 5 Ch l o r i d e i o n d i f f us i o n c oe f f i c i e n t wh e n P P- fi b e r c o n c r e t e d i p p ed i n 3 ． 5 ％ Na CI s o l u t i o n a n d s e a wa t e r 3 结 论 1 ) 通过对比分析可以看出， 掺加改性聚丙烯纤 维的混凝土均不同程度地提高了混凝土抗氯离子渗 透的能力， 随着纤维掺量的增加， 氯离子在混凝土中 扩散 的速率逐渐减小。 2 ) 粗、 细混杂纤维提高混凝土抗氯离子渗透的 性能优于单掺粗纤维。在 3 ． 5 ％的 N a C 1 溶液或青 岛海域海水溶液氯离子扩散试验 中， 掺混杂纤维 的 混凝土氯离子扩散系数分别降低了2 9 ． 5 ％， 2 3 ％。 其原因可能为， 混杂纤维中数量众多的细纤维使混 凝土内部分散更加均匀， 弥补了混凝土中的微缺陷， 降低了氯离子的扩散通道， 从而降低了氯离子的扩 散系数。 3 ) 氯离子在海水溶 液中的扩散系数 比氯盐 溶 液中减小 了9 ％ ～1 6 ％。其原因可能为硫酸根离子 优先于混凝土发生反应 ， 生成具有膨胀性 的钙矾石 ， 使混凝土内部更加密实。具体原因有待于进一步研 究证实。 参 考 文 献 ： [ 1 ] 钟亚伟， 李固华． 沿海混凝土耐久性研究综述[ J ] ． 四川建筑科 学研究 ， 2 0 0 7， 3 3 ( 1 ) ： 9 0 - 9 5 ． [ 2 ] 杨林德， 伍振志， 时蓓玲， 等． 开裂及接缝渗漏条件下越江盾构 隧道管片混凝土氯离子运移规律研究 [ J ] ． 岩土工程学报， 2 0 0 8， 3 0 ( 1 2 ) ： 1 8 2 6 — 1 8 3 1 ． [ 3 ] S a b i n e C a r ． I n fl u e n c e o f a g g r e g a t e s o n c h l o r i d e d i ff u s i o n c o e ff i c i e n t i n t o m o r t ar[ J ] ． C e m e n t a n d C o n c r e t e re ~ ts e I c h ， 2 0 0 3 ， 3 3( 7 ) ： 1 0 21 ． 1 0 28 ． [ 4 ] 刘数华， 阎培渝． 聚丙烯纤维对高强混凝土性能的影响[ J ] ． 材 料科学与工艺 ， 2 0 0 8 ， 1 6 ( 6 ) ： 8 8 5 - 8 8 8 ． [ 5 ] 马保国， 金宇， 王凯， 等． 聚丙烯纤维对硅灰混凝土氯离子 渗透性能的影响[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 4 4 4 6 ． [ 6 ] 王瑞兴， 钱春香， 丁庆领， 等． 聚丙烯纤维对混凝土性能的改善 研究[ J ] ． 混凝土与水泥制品， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 4 1 4 3 ． [ 7 ] 李建辉， 邓宗才， 王璋水． 粗合成纤维混凝土抗氯离子腐蚀性 试验研究[ c ] ／ ／ 纤维混凝土的技术进展与工程应用——第十 一 届全国纤维混凝土学术会议． 2 0 0 6 ： 1 3 0 — 1 3 4 ． [ 8 ] 郑捷． 合成纤维增强沿海桥梁混凝土性能研究[ J ] ． 北方交 通 ， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 3 3 - 3 5 ． [ 9 ] 叶青， 毛安慰， 兰凤华， 等． 聚丙烯纤维对海工混凝土抗氯离 子渗透性能的影响[ J ] ． 新型建筑材料， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 1 _ 2 ． O 8 6 4 2 O 一 ∞ ， z 目 。 “ 一 ＼ O 8 6 4 2 0 一 s ， Ⅱ z 卜 0 H x