矿渣聚丙烯纤维水工混凝土抗弯性能研究.pdf

第 4 1卷 第 1 9期 2 0 1 0年 1 0 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r V0 1 ． 41． No ． 1 9 Oe t ．． 2 01 0 文章编号 ： 1 0 0 1 — 4 1 7 9 ( 2 0 1 0 ) 1 9— 0 0 8 2— 0 6 矿渣聚丙烯纤维水工混凝土抗弯性能研究 张 慧 莉， 田 堪 良 ( 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 ： 为研 究聚丙烯纤维和磨细粒化 高炉矿渣对水工混凝土抗 弯性 能的影响 ， 以普通混凝土试样为对照， 对聚 丙烯 纤维混凝土、 矿渣混凝土、 矿渣聚 丙烯纤雏混凝土试样进行 了简支梁法弯折性能试验 ， 并通过扫描 电镜对 试样 的微观结构进行观测和分析。结果表明 ， 掺 入适量聚丙烯 纤维 ， 可抑制微 裂缝的产生和扩散 ， 延缓和抑制 宏观 裂缝的 出现和发展 ， 提 高混凝 土抗 弯强度 ， 同时还能提 高持荷 变形能力和混凝 土吸收能量的能 力以及 混 凝 土的韧性。适量矿 渣及其水化物的掺入 ， 增加 了基 体微 观结构 的密实性 ， 可提 高混凝 土抗弯强度。化 学和 物理 分析认为 ， 掺入 0 ． 1 ％～0 ． 6 ％ 聚丙烯纤维和低 于 5 5 ％含量的矿渣， 复合效应显著。 关键词 ： 抗 弯强度 ； 韧性指数 ； 残余强度 因子；聚 丙烯纤维 ； 磨细粒化高炉矿渣 ；扫描 电镜 ；水工混凝 土 中图法分类号 ： T V 4 3 1 文献标志码 ： A 长期 以来 ， 水 利工 程 中 由混凝 土 脆 性导 致 的 裂缝 问题较 为普遍 ， 严重 者甚 至危 害 到水 利 工程 的正 常运 行 。混凝 土的脆性 可 以通 过 加筋 方 法加 以改善 ， 加筋 后的混凝土无论在拉伸还是弯曲荷载作用下都表现出 明显 的应变 硬化特 征 ， 即材 料受力 开裂后 ， 承载 力不会 马上下 降 ， 而 是经历 一个很 长 的硬 化阶段 ， 且在开 裂过 程中裂缝的宽度始终保持在较低水平。因此 ， 可以将 传统水泥基材料在拉荷载下单一裂纹的宏观开裂模式 转化为多条细密裂纹 的微观开裂模式 ， 使其具有非常 显著 的韧性 和优 良的耐久性 及更 为优 良的抗裂 和控制 裂缝的能力 ， 可实现对混凝土裂缝 的无 害化分散 ，同 时获得 更高 的承载能 力 ⋯ 。 近 年来 ， 聚丙烯纤 维 作 为加 筋 材 料之 一 被 用来 提 高混凝 土 的韧 性 。在珍 珠 岩 为粗 骨 料 的混凝 土 中 ， 随 着聚 丙烯 纤维 掺 量 的增 加 ， 混 凝 土 的抗 弯 强度 降 低 ； 对 于掺有 混杂纤维 ( 钢纤 维 和 聚丙烯 纤 维 ) 的高 强混凝土， 当混杂纤维体积不超过混凝土体积的0 ． 5 ％ 时， 混凝土抗 弯强度 和韧性均提高 ； 在喷射混凝土 中， 高性能低模量的聚丙烯纤维显著地提高了混凝土 弯 曲韧 性和承 载能力 。 束状聚丙烯纤 维体积低 于混凝土体 积 的 0 ． 3 ％ 时， 对混凝土抗弯强度没有显著影响， 但弯曲韧性有明 显 提高 。聚丙烯 纤维 与 火 山灰 同时掺 加 到 混凝 土 中 ， 对混 凝 土 抗 弯 性 能 表 现 出正 面 影 响 。5 ％ 硅 粉 与 0 ． 3 ％聚丙 烯纤维 复掺 的混 凝 土 因较 高 的抗 弯 强 度被 用 于工 程 中 的补 强 部 位 。 当将 水 玻 璃 ( N a ， S i O + N a O H) 和 占矿渣质 量 4 ％ 的 N a ， 0激 活矿 渣与 聚 丙烯 纤维掺入碱性水泥砂浆中时， 试验结果表 明影响抗弯 强度增 长的主要 因素 是水 泥浆 基体 ， 而不 是 聚丙 烯 纤 维 。 聚丙烯 纤维 价格 较 高 ， 加 入 混 凝 土 中增 加 了工 程 造价 ， 而磨 细 粒 化 高 炉 矿渣 是 一 种 工业 废 弃 物 ， 含 有 A 1 ： O 等活性成分 ， 加入混凝土 中代替部分水泥将降 低工程造价， 将两者同时加入混凝土中， 具有一定的经 济技术价值和环保意义。混凝土抗弯性能与其原材料 和配 合 比有 关 ， 鲜 见将矿 渣 、 聚丙 烯纤 维 以及 聚羧 酸系 高效减水剂同时加入混凝土以考察其对混凝土抗弯性 能影响的研究报道。本文进行了不同聚丙烯纤维含量 和矿渣含量的混凝土试样 的抗弯试验 ， 以研究 聚丙烯 纤维和矿渣对混凝土抗弯强度和韧性指数的影响。 收 稿 日期 ： 2 0 0 9一l 】一O 4 基金项 目： 陕西省 自然科学基金 ( S J 0 8 E 1 I 1 ) ； 2 0 0 7西北农林科技大 学归 国人才基金 ( 0 1 1 4 0 4 ) 作者简介 ： 张慧莉 ， 女 ， 副教授 ， 博士研究生 ， 主要从 事建 筑材 料的教 学和新型建 筑材料的研 究工作 。E—ma i l ： h u i l i z h a n g 1 6 3 @ 1 6 3． e o m 第 1 9期 张 慧莉 ， 等： 矿渣 聚丙 烯纤维水 工混凝土 抗弯性能研究 8 3 1 试验研究 1 ． 1 试验原材料 ( 1 )A S T M I —I I 型 B O N S A L A ME R I C A N普 通 硅 酸盐 水泥 。 ( 2 )磨 细粒 化 高 炉矿 渣 ( G r o u n d G r a n u l a t e d B l a s t F u r n a c e S l a g ， G G B F S) ， 由 L a f a r g e N o r t h A m e r i c a公 司 提供 ， 这种矿渣用于混凝土 ， 能有效减少孔隙率 ， 提 高 混凝土的工作性 ， 可泵送 ， 降低水化热 ， 提高耐久性 、 抗 渗性 ， 以及 对化 学侵蚀 的抵抗性 ， 同时 ， 它是 绿色产 品 ， 符合 A S T M 9 8 9— 0 5标准要求。 ( 3 ) A D V A 1 4 0 聚 羧 酸 系 高 效 减 水 剂 ( 超 塑 化 剂 ) ， 由 G R A C E C o n s t r u c t i o n P r o d u c t s 公 司 提 供 ， 固 含 量为 1 6 ％ 。这 是 该 公 司 新 近 开 发 的 一 种 新 型 高 效 减 水剂 ， 与以前常见 的高效减水剂不同， 其化学成分为环 氧 乙烷 一环氧丙 烷 、 一元 丁基 乙醚 共聚 物 ， 减 水率 可达 到 2 0 ％。D a r a v a i r 1 4 0 0引气剂 ， 固含量为 5 ％ ～ 7 ％。 ( 4 )河砂 与碎 石 ， 级 配 良好 ， 碎 石 最 大 粒 径 为 2 5 m m 0 ( 5 )F i b e r m e s h 1 5 0聚 丙 烯纤 维 ， 由北美 P r o p e x混 凝 土 配 套 材 料 公 司 提 供 ， 长 度 为 1 5 m E， 直 径 为 4 5 m， 弹性模量为 4 2 3 8 MP a ， 在水中能立刻分解为纤维 单 丝 。 1 ． 2配合 比设计 通 过添加 不 同剂量 的 聚羧酸 系高 效减 水剂来 控 制 所 有配 比的混 凝土 拌合 物塌 落度 基本 为 2 5 m m。胶结 料总质量等于矿渣质量加水泥质量 ， 外加剂掺量以胶 结 料质量 为基 础 ， 以 m L计 ， 纤 维 掺量 以 占混 凝 土 体 积 的百 分 比计 算 。其 中 各 配 合 比 中 不 变 的 量 为 ： 碎 石 1 1 2 6 k g ／ m ， 河 砂 6 9 8 k g ／ m ， 水 l 5 1 k g ／ m ， 引 气 剂 1 ． 3 0 4 m L ／ k g ， 其余 成分 详见 表 1 。 1 ． 3试样制备和试验过程 在 实验室 标准 环境 中 ， 按 以上 配 比在 鼓 型搅 拌机 里拌 制混 凝 土 ， 将混 凝 土 拌 合 物 装 入 7 6 ． 2 mm7 6 ． 2 m m 3 0 4 ． 8 mm 的钢模 中 ， 振 动后 收平 试样 表 面 ， 并用 P E塑料 薄膜将 试样 表 面封 住 以防 水 分散 失 。2 4 h脱 模后 放入 温度 为 2 2 c C、 相 对 湿 度 为 1 0 0 ％ 的养 护 室 养 护 2 7 d ， 保持饱和面干状态， 然后按照相应 的 A S T M规 程进行测试 。按以上方法共制作 1 0 5个试样 ， 其中每 组 3个共计 6 0个试样用来测试抗弯强度 ， 4 5个 含有 聚丙 烯纤 维的 试样用 来 测试 弯曲 韧性 。 试验得 到 了试件 在受 弯状 态下 的荷 载和 挠度 。按 照 A S T M C 7 8— 0 2的试 验 要 求 ， 所 有试 样 两支 点 间距 为 2 6 0 m m。4 5个 含 有纤 维 的混 凝 土试 样 依 据 A S T M C 1 0 1 8— 0 2进 行 测 试 。 I N S T R O N 万 能 试 验 机 与 计 算 机控制的测试 软件 B L U E H I L L 8 8 0 0系统相连接。在 抗弯强度测试中， 测试系统控制模式是荷载， 当荷载小 于最大荷载的 2 0 ％时 ， 停止 测试 。在韧性测试 中， 测 试 系统的控制模式是挠度， 当挠度达到最大荷 载对应 挠 度 的 1 1 0 0 ％ 时 ， 停 止 测 试 。 加 载 速 率 为 0 ． 0 5 m m ／ m i n ， 由计算机数据采集系统画出的荷载 一挠度 曲 线来计算抗弯强度 、 弯曲韧性指数和残余强度因子。 表 1 配 合 比 编号( ， ) 矿碴 ( 艘 mL ~ 化剂 k g- t 2 试验结果与分析 每组为 3个试件， 每一个测值在平均值的 8 5 ％ ～ 1 1 5 ％ 之 间 。如 果 测 值 超 出范 围 ， 则 重 新 制 作 试 样 直 到满 足条 件范 围为 止 。 试验 结果 如 图 1 、 2所 示 。其 中图 1为抗弯 强度 随 着聚丙烯纤维含量的变化规律。图 2表示在不同聚丙 烯纤 维含 量时 ， 矿渣 含量 对抗 弯强 度 的影响 。 图 1 不 含矿 渣 ， 含有聚丙烯纤维 的混凝土抗弯 强度 2 4 6 O ．O 0 O O O O 0 2 2 2 2 4 4 4 4 6 6 6 6 O O 0 O O 0 O O 0 0 0 O 6 2 8 3 3 5 8 4 7 2 4 6 5 4 5 1 6 8 5 5 ∞ 舳 " 卯 叭 盯 " 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 3 4 4 4 0 0 0 0 ：2 ：2 Ⅲ 啪 ∞ ∞ Ⅲ m Ⅲ川m 8 4 人 民 长 江 图 2含 矿渣 和 聚 丙烯 纤 维 的 混凝 土抗 弯 强 度 如 图 1所示 ， 在 不 含 矿渣 的聚丙 烯 纤 维混 凝 土试 样中， 聚丙烯纤维显著地提 高了混凝土抗弯强度，掺 0 ． 2 ％， 0 ． 4 ％和 0 ． 6 ％聚丙烯纤维试样 的抗弯强度分 别为 6 ． 7 4 ， 7 ． 8 6 MP a和 5 ． 6 3 MP a ， 分别 比对照组抗弯 强度 5 ． 1 8 M P a 提高了3 0 ％ ， 5 2 ％和 9 ％。 以不 含矿 渣 的混 凝 土 试 样 为 对 照组 。如 图 2所 示 ， 当不 含聚丙 烯 纤 维 时 ， 除 了矿 渣 含 量 为 6 5 ％ 这 一 组外 ， 其他矿渣含量各组 ， 抗弯强度均大于对照组的抗 弯强度。含 3 5 ％ ， 4 5 ％和 5 5 ％矿渣的混凝土试样的抗 弯强度分别提高了 2 ％， 9 ％和 1 5 ％； 与对照组相 比， 含 有 0 ． 2 ％ 聚 丙 烯 纤 维 时 ， 矿 渣 含 量 3 5 ％ ， 4 5 ％ ， 5 5 ％ ， 6 5 ％的 混 凝 土 试 样 的 抗 弯 强 度 分 别 提 高 了 3 3 ％ ， 3 8 ％ ， 5 4 ％ ， 2 6 ％ ； 含 有 0 ． 4 ％ 聚丙烯纤 维 时 ， 矿渣 含量 3 5 ％ ， 4 5 ％ ， 5 5 ％， 6 5 ％的混凝土试样的抗弯强度分别 提高了4 9 ％ ， 5 9 ％， 7 1 ％ ， 4 1 ％； 含有 0 ． 6 ％聚丙烯纤维 时 ， 矿渣 含量 3 5 ％ ， 4 5 ％ ， 5 5 ％ ， 6 5 ％ 的混 凝 土 试样 的 抗弯强度分别提高了2 7 ％， 3 3 ％， 3 8 ％ ， 2 0 ％。 综合 分析 ， 在 矿渣含 量一致 时 ， 相对 于聚丙 烯纤维 含 量为 0 ． 2 ％ 和 0 ． 6 ％的 混凝 土试 样 ， 含有 0 ． 4 ％ 聚丙 烯纤维的试样的抗弯强度最高。在纤维含量一致时， 5 5 ％矿渣含量的混凝土试样取得 了较 高的抗 弯强度 值 。因此 ， 含有 0 ． 4 ％ 聚丙烯 纤 维 和 5 5 ％矿 渣 的 混凝 土试样获得了最高的抗弯强度。 韧性指 数 的计 算依 据 A S T M C一1 0 1 8 。韧性 指数 ， 计算 如下 ： = ( 1 ) 式 中 ， 6为荷载 一挠度 曲线 中从起 点 到首 裂缝 对 应 的 挠度 ； A ( 6 )为荷载 一挠度 曲线与横坐标之间的面积 ； A( 3 6 ) 为荷载 一挠度曲线中从起点到3 倍 6 时 ， 荷载 一 挠度 曲线 与横坐标 之间 的面积 ( 见 图 3 ) 。 韧 性指数 ， l 0 计算 如 下 ： ， A( 5 ． 5 6) ， 。 式中， A ( 5 ． 5 6 ) 为荷载 一挠度曲线中从起点到5 ． 5 倍6 时， 荷载 一挠度曲线与横坐标之间的面积。 韧性指数 ， 2 。 计算如下： ， 2 0= ( 3 ) 式 中 ， A( 1 0 ． 5 3 )为荷 载 一挠 度 曲线 中从起 点 到 1 0 ． 5 倍 6时， 荷载 一挠度 曲线与横坐标之间的面积。 残余强度因子 R ．。 。为 ： R ． 。=2 0 ( ， l 0一， ) ( 4 ) 残余强度因子 。 。 为： R 。 。= 1 0 ( ， 2 n一， 。 ) ( 5 ) 混凝土弯曲韧性试验结果如表 2所示。 图 3 典 型的荷载 一挠度 曲线 表 2弯 曲韧性试验结果 首裂缝 强度／ MP a ‘ R l o 2 0 0 l 6 l 6 1 7 0 11．1 8． 6 1 1． 4 11． 7 6． 8 】 2 ． 2 1 3 ． 4 8． 1 6． 4 在试 验过程 中 ， 不 含 纤 维 的混 凝 土试 样 以 突然 的 脆性 破坏 为主 ， 几乎没 有变形 的过程 和挠 度变化 ， 故不 含 聚丙烯 纤维 的混 凝 土 的 弯 曲 韧性 指数 ， 1 0 、 ， 2 。 都 是 1 ． 0 ， 残余强度因子 月 。 和 都为 0 。含有聚丙 烯纤 维 的混 凝土试 样在 荷载作 用下经 历一个 较长 的持 荷变 形过程 ， 以较 缓慢 的韧性 方 式破 坏 。 在不 含矿渣 的聚丙 烯纤维 混凝 土试样 中 ， 0 ． 6 ％ 纤 9 8 7 6 5 墨芒 爆锄 O 0 0 勰 卯 M 一 o 8 6 0 o o o 加艄加粥 船∞ 0一 O 4 5 9 O O 0 O 6 ■ 一 - 二 m 0 一 O 8 9 2 0 O O O 5 4 9 5 7 7 2 3 6【 、7 3 』 一 l l 1 3 1 1 1 1 6 7 8 8 6 8 9 5 9 K 6 5 O 4 6 3 O O 0 0 3 9 5 3 7 8 5 2 2 2 6 5 1 l l 2 l 1 l l 5 5 6 6 5 6 7 4 7 8 5 4 " 勰 ％ 卯 5 5 6 5 5 5 5 5 6 6 7 5 6 7 8 6 6 6 6 5 躬 ～ ∞ Ⅲ m m m腿聃 ㈨ 第 l 9期 张慧莉 ， 等 ： 矿 渣聚 丙烯 纤维水工 混凝 土抗 弯性能研究 8 5 维 含量 的试样相 对 于 0 ． 2 ％ 和 0 ． 4 ％ 纤 维 含 量 的 试样 表现 出 最 高 的 韧 性 。在 纤 维 含 量 0 ． 2 ％ 的 试 样 中 ， 5 5 ％矿 渣含 量 的试 样 表现 出最 高 的韧性 ； 在 纤 维含 量 0 ． 4 ％ 的试样 中 ， 5 5 ％矿 渣含 量 的试样 也 表现 出最 高 的 韧性 ； 在纤 维含量 0 ． 6 ％ 的试 样 中 ， 4 5 ％矿 渣 含 量 的试 样表 现 出最 高 的 韧 性 ， 同时 ， 纤 维 含 量 0 ． 6 ％ ， 矿 渣 含 量 4 5 ％ 的混凝 土试样 韧 性指 数在 所有试 样 中最 高 。 残余强度因子是描述混凝土韧性 的另一个参数。 如表 2所 示 ， 其趋 势与 规律 基本 上与 韧性 指数 相 同 ， 即 具有较高韧性指数 的试样 ， 其残余强度因子也较高 ， 意 味着该 组混凝 土具 有较 高 的抗 弯能力 和 弯 曲韧 性 。 3 讨 论 聚丙烯纤维表面经过了特殊 的化学处理 ， 在水中 立 刻分散 为 聚丙烯 纤 维 单 丝 ， 没 有 纠结 成 束 状 或 纠缠 成 团 的现 象存 在 ， 保证 了在 混凝 土基体 中的均匀 分布 。 如图 4所 示 ， 均 匀分 布 的纤维 单丝植 入 混凝 土基 体 中 ， 当荷载逐 渐加 大时 ， 混凝 土 内部 出现微 裂缝 ， 纤 维单丝 通 过在微 裂缝 端部 承 受部 分 荷 载 ， 消除 裂 缝 端 部 的应 力集 中 ， 吸收 能量 ， 阻止 和抑 制 了微 裂缝 的进 一 步扩展 和延 伸 ， 纤 维单 丝在 裂 开 的 两部 分 混 凝 土 中 间起 到桥 连作 用 ， 限制 了开裂 宽度 。在 整个 承荷 过程 中 ， 许 多根 聚丙 烯纤 维组成 一 个 网状 的结 构 ， 从 整 体 上延 缓 了混 凝 土裂缝 的 出现 和扩 展 ， 使 破 坏时 间变 长 ， 挠 度发 展过 程 变长 ， 从 而使荷 载 一挠度 曲线 中横 坐标 挠度 值增 加 ， 使韧 性指 数增加 。但 是 ， 过 多 的聚 丙 烯纤 维使 混 凝 土 基体变得疏松 ， 承荷能力降低 ， 反而降低了抗弯强度和 韧性 指数 ( 如 图 5所示 ) 。 图 4 0 ． 2 ％ 含 量 聚 丙烯 纤 维 混 凝 土 试 样 扫 描 电镜 照 片 界 面过 渡层 ( I n t e r f a c i a l T r a n s i t i o n Z o n e ， I T Z) 结合 力 即骨 料与 水泥 浆之 间的结 合力 对混 凝土 力学性 能影 响较大 。研究 表 明 ， 当混 凝 土 受 到 荷 载 、 物 理 、 化 学作 用时 ， 水 泥浆 与骨 料结 合部 位是最 薄 弱 的部 位 ， 也 是缺 陷始发 和扩 散处 。混凝 土 的微裂缝 就 是从 界面 过渡层 开始发 生 的 。矿 渣 的掺 入 ， 明 显 改变 了混 凝 土界 面 过渡层 结构 。尽 管未见 将矿 渣掺 入混凝 土对 界 面过渡 图 5 0 ． 6 ％ 含 量 聚 丙烯 纤 维 混 凝 土 试 样 扫 描 电镜 照 片 层 结构 影 响的研 究报 告 ， 但 通 过 对磨 细粒 化 高 炉 矿 渣 代替部分水泥的水泥砂浆与胶结料全部是水泥的水泥 砂浆 的对 比研 究 ， J ．F r i g i o n e 等 发 现 ， 前者 骨 料 与水 泥浆 间结 合力 远远 高 于后者 。 水 泥水化 过程 中产 生 的 水 化硅 酸 钙 C—S～H是 水泥 石强 度 的最 大 贡献 者 ， 决 定 了水 泥基 体 的 强 度 。 矿渣 的 主要化 学成 分为 C a O， 活性较 高 ， 加 入混 凝 土 中 后 ， 与水 泥和骨 料 中 的 S i O 反 应 生 成 水 化 硅 酸 钙 ， 使 矿渣水硬性得 以发 挥。Mg O在矿渣 中大都形成化合 物或固溶于其他矿物中， 而不以方镁石结晶形态存在， 故 它 不会影 响 水 泥 安 定 性 且 对 矿 渣 活 性有 利 。 。另 外 ， 矿 渣 因其 颗 粒细 ， 与其 水化 物一 起填 充于水 泥浆 体 孔 隙 和空 隙 中起 到 提 高 密 实度 、 提 高强 度 的作用 。在 荷 载 一挠度 曲线 中 ， 荷 载值 变 大 ， 使 得荷 载 一挠 度 曲线 的纵 坐标值 变大 ， 从 而增 加 了 曲线 与 横 坐标 之 间 的 面 积 ， 致使韧性指数增加 。 图 6是对 照组 C O ( 不 含矿 渣 ， 不 含聚 丙烯纤 维 ) 试 样 养护 2 8 d时放 大 5 0 0 0倍 的扫 描 电镜 照 片 ， 可 以看 出水 化 物边缘 呈 不规则 形 ， 结构 较疏 松 ， 呈 现较 多空 隙 和孔 隙。 图 7是 6 5 ％ 矿 渣 含 量 混 凝 土 试 样养 护 2 8 d 时放大 5 0 0 0倍的扫描 电镜照片， 其水化物呈长方体 结构 。图 8是 5 5 ％矿 渣含 量 混 凝 土试 样 养 护 2 8 d时 放 大 5 0 0 0倍 的 扫 描 电 镜 照 片 ， 矿 渣 本 身 及其 水 化 物 填充 于 空隙 和孔 隙 中 ， 使结 构十 分致 密 ， 从 而提 高了 承 荷能 力 图 6 不含矿渣普通混凝土试样扫描 电镜照片 8 6 人 民 长 江 2 01 0生 图 7 矿渣含量 6 5 ％ 的混凝土试样扫描电镜照片 图 8 矿 渣含 量 5 5 ％ 的 混 凝 土 试 样 扫 描 电镜 照 片 经 过表 面特殊化 学处 理的 聚丙 烯纤 维单 丝在水 中 带有 同性 电荷 ， 在 电性 斥 力作 用 下 ， 在水 中相 互 分散 。 超细矿 物掺 和料 因其 颗粒 的滚动效 应增加 了混凝土 的 流动性， 改善了纤维的分散性⋯ 。如图 4所示 ， 纤维 单丝与基体紧密嵌合， 纤维材料与水泥浆之间存在界 面吸 附粘结力 、 机械 啮 合力 ， 在 受 到 拉应 力 时 ， 纤 维 在 初期吸 收部分 能量 ， 起 到缓 冲作 用 ， 阻碍 了裂缝 出现 。 在基体出现裂纹后 ， 能将破裂的基体连接起来 ， 限制裂 纹的发展 。以上两方面的作用使混凝土的抗弯能力大 幅提高 。 另外 一个不 可忽 略的 因素就是具 有梳 形分子结 构 的聚羧酸系高效减水剂的作用 。使用超细矿物粉代替 部 分水泥 ， 可 以使 混凝 土 中的 C A 和 碱含 量 降低 ， 同 时显著提高水泥与减水剂的相容性。采用大掺量矿渣 与 聚羧酸 系减水剂 双 掺 ， 可 以较 好解 决 减 水剂 在 混 凝 土中应用的相容性问题 ， 充分发挥聚羧酸系高效减 水剂 的作用 ， 使水 泥浆基 体结构 密实 ， 提高承 荷能力 。 在混凝土中掺人颗粒细、 活性高的磨细矿渣后， 可 显著改 善界 面过渡 层的微 结构 。矿渣 与富集在 界面 上 的 C a ( O H) 反应 ， 生成 C ： s H 凝胶 ， 从而 使 C a ( O H) 晶体 、 钙矾石和孔隙大量减少。同时 ， 颗粒极细的磨细 矿渣的掺人可减少内泌水 ， 消除骨料下部的水膜 ， 使界 面过渡 层 的原 生微 裂缝 大 大减 少 ， 界 面 过渡 层 厚度 变 薄， 其结构密实度与水泥浆体相同或接近 ， 骨料与浆体 的粘结力 得 到 增 强 。 由于 改 善 了界 面 过 渡 层 的微 结 构 ， 消除 或减少 了界 面层 的原 生微 裂缝 ， 故矿渣 的掺入 可 使混凝 土脆性 降低 、 抗裂 能力提 高 。 含有适量矿渣的混凝土 ， 其浆体致密 ， 承受荷载的 能力增强 ， 既有矿渣又有纤维的混凝土， 抗弯能力 比单 纯只有矿渣或只有纤维的混凝土提高较多， 表现了明 显 的材料 复合效 应 。 4结 论 将不同含量的矿渣 、 聚丙烯纤维以及聚羧酸系高 效减水剂同时加入混凝 土中， 保持水胶 比为 0 ． 4 4不 变 ， 对混凝土抗弯性能的研究结果表明： ( 1 )当聚丙 烯 纤 维 体 积 掺量 小 于 0 ． 6 ％ 时 ， 可 显 著 提高水 工混凝 土 的抗 弯强 度和韧性 。 ( 2 )水泥 替 代率 不 大 于 5 5 ％ 的磨 细 粒 化 高 炉 矿 渣的加入 ， 可显著提高水工混凝土的抗弯强度 。 ( 3 )聚丙烯纤维和磨细粒化高炉矿渣的复合效应 显著： 0 ． 4 ％聚丙烯纤维与 5 5 ％矿渣复掺可得到最高 的抗弯强度和韧性指数 ； 0 ． 6 ％ 聚丙烯纤维与 4 5 ％矿 渣 复掺 得到最 高残余 强度 因子 。 ( 4 )适 量矿渣 及其水化 物能使 混凝 土微 观结构致 密， 从而提高抗弯荷载， 使混凝土裂缝产生所需要的能 量加 大 。聚丙 烯纤 维 吸收 部分 能 量 ， 通 过架 桥 作 用与 嵌置作用抑制了微裂缝的产生和扩散 ， 从而抑制了宏 观裂缝的出现和发展。矿渣使界面过渡层厚度减小， 减 少 了界面层 原生微 裂缝 ， 降低 了混 凝土脆 性 ， 提 高 了 抗 裂能力 ， 与 聚丙烯 纤维 同时 抑制 混 凝土 裂 缝 的产 生 和 扩散 ， 从 而大 幅提高 了水工 混凝土 的抗裂 能力 。 参 考文献 ： [ 1 ] 徐世娘 ， 李庆华， 李贺 东． 碳纤维编 织网增强超高韧性水泥基复合 材料 弯曲性能的试验研究[ J ] ． 土木5 - 程学报 ， 2 0 0 7 ， 4 0 ( 1 2 ) ： 6 9— 7 6． [ 2 ] R t i s t e m G，E r s i n O． I b r a h i m T ， e t a 1 ． T h e r m o—m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f f i b e r r e i n f o r c e d r a w p e r l i t e c o n c r e t e [ J ] ． Ma t e r i a l s L e t t e r s ， 2 0 0 7 ， 6 1 ( 2 9)： 5 1 4 5—5 1 4 9． [ 3 ] S i v a k u m a r A， Ma n u S ． Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e r e i n f o r c e d w i t h m e t a l l i c a n d n o n—m e ta l l i c fi b r e s [ J ] ． C e m e n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 7， 2 9 ( 8 ) ： 6 0 3— 6 0 8 ． [ 4 ] C e n g i z O， T u r a n l i L ．C o mp a r a t i v e e v a l u a t i o n o f s t e e l m e s h ， s t e e l f i- b r e a n d h i g h—p e r f o r ma n c e p o l y p r o p y l e n e fib r e r e i n h ~ r e e d s h o t c r e t e i n p a n e l t e s t [ J ] ． C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 8 ) ： 1 3 5 7一 l 3 6 4． [ 5 ] A l h o z a i m y A M，S o r o u s h i a n P ，Mi r z a F ．Me c h a n i c a l p H p e r t i e s t， f p o ly p r o p y l e n e fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e te a n d t h e e f f e c t s o f p o z z o l a n i c ma t e r i a l s [ J ] ． C e m e n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 1 9 9 6 。 1 8 ( 2) ： 8 5— 9 2 ． [ 6 ] T o u t a n j i H A．P r o p e r t i e s o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r r e i n f o n ： e d s i l i c a f u me e x p a n s i v e～c e me n t c o n c r e t e [ J ] ． C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 1 9 9 9 ， 1 3 ( 4 ) ： 1 7 1—1 7 7 ． [ 7 】 P u e r t a s F， A ma t T． F e r n 0 n d e z A ．Me c h a n i c a l a n d d u r a b l e b e h a v i o u r o f a l k a l i n e c e m e n t m o r t a r s r e i n f o r c e d w i t h p o l y p r o p y l e n e fi b r e s [ J ] ． 第 1 9期 张慧莉， 等 ： 矿 渣聚丙烯纤维水工混凝 土抗弯性能研 究 8 7 [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 3， 3 3(1 2)： 2 0 31—2 03 6． F a r r a n J ．I n t r o d u c t i o n．t h e t r a n s i t i o n z o n e — d i s c o v e r y a n d d e v e l o p — m e n t [ M] ．L o n d o n ： [ s ． n ． ] ， 1 9 9 4 ． F r i g i o n e，Ma r e h e s e，S e r s a l e R．Mi c r o c r a c k i n g p r o p a g a t i o n i n fle x u r a t l o a d e d P o ~ l a n d a n d h i g h s l a g c e me n t c o n c r e t e s [ c] ∥P r o c e e d i n g o f t h e 8 t h I n te r n a t i o n a l C o n g r e s s o n t h e C h e mi s t ry o f Ce me n t ， Ri o d e J a - n e i r o ， [ s ． n ． ] ， 2 0 0 1 ， 1 6 ： 3 1 —3 9 ． 李亚杰 ， 方坤 河． 建筑材 料 [ M] ． 北京 ： 中 国水利 水电 出版社 ， [ 1 2 ] [ 1 3 ] 2 0 0 8 ． 龚爱民， 孙海燕 ， 彭玉林聚 丙烯 纤维对新拌 混凝土性 能的影响 [ J ] ． 建筑材料学报 ， 2 0 0 7 ， 1 0( 4 ) ： 4 8 8— 4 9 2 ． 李崇志 ， 冯乃谦． 梳 形聚援酸 系减水剂与水泥的相容性研 究[ J ] ． 建筑材料学报 ， 2 0 0 4 ， 7 ( 3) ： 2 5 2—2 6 0 ． 刘数华 ， 方坤河 ， 曾力． 降低混凝 土脆 性的试 验研 究[ J ] ． 建筑材 料 学报 ， 2 0 0 5 ， 8 ( 2) ： 1 5 0—1 5 3 ． ( 编 辑 ： 郑 毅 ) Fl e x u r a l pe r f o r m a n c e o f po l y p r O py l e ne fib e r r e i nf o r c e d hy d r a ul i c c o nc r e t e c o nt a i n i ng s l a g ZHANG Hui l i ， TI AN Ka n l i a n g ( C o l l e g e o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d A r c h i t e c t u r a l En g i n e e r i n g，N o r t h w e s t A &F Un i v e r s i t y，Y a n g l i n g 7 1 2 1 0 0，C h i n a) Ab s t r a c t ： A s e r i e s o f t h i r d—p o i nt be nd i n g t e s t s f o r be a ms we r e c a r r i e d o u t t o i nv e s t i g a t e t h e e f f e c t o f hi g h r e p l a c e me n t o f s l a g a nd po l y p r o p y l e ne f i b e r o n fle x u r a l p r o p e r t i e s o f h y dr au l i c c o n c r e t e．Fo u r t y p e s o f c o n c r e t e b e a ms h a d b e e n t e s t e d，wh i c h we r e pl a i n c o n c r e t e be a ms a s c o n t r o l s p e c i me ns，p o l y pr o p y l e n e fibe r r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms，s l a g c o n c r e t e b e a ms a n d p o l y p r o p y l — e ne f i b e r t o g e t h e r wi t h s l a g r e i n f o r c e d c o n c r e t e be a ms ．We us e d S EM t o c o nd u c t o b s e r v a t i o n a