路面工程中聚丙烯纤维混凝土性能研究.pdf

江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 江苏建筑 11年第1期(总第 39期 收稿日期 10 11 01 作者简介宗荣 女(1978 - 淮阴工学院土木工程学 院 讲师 主要 从事建筑材料的教学和科研 0 引言 近年来 复合材料发展非常迅猛 研究复合材 料的方法 和理论也越来越成熟纤维增强方法是复合材料中广泛采 用的一种方法 为了进一步研究聚丙烯纤维混凝土的力学 性能推进 其在路面工程中的应用 针对普通混凝土 体积掺量分别为 0.1%0.2%聚 丙烯纤维混凝土 分 别进行了断 裂能 抗渗性 能耐磨性以及 抗冲击性能试 验试验配合比 如表1所示 成型 试件 按 照公路 工程 水 泥及 水泥 混凝 土 试验 规 程 (JT G E 30-2005 规定 完成 24 后拆 模 然后 在标 准养 生 室养生至预定龄期进行试验 1 聚丙烯纤维混凝土抗裂性能 国内外 对混凝土 和钢纤维 混凝土的断 裂能和 断裂韧性 的研究已取得一些成就1 2 并借助于断裂力学 建立了混凝 土断裂损伤模型本文通过对普通混凝土和聚丙烯纤维混 凝土断裂能和断裂韧性比较进一步分析研究聚丙烯混凝 土的抗裂破坏机理 1.1试验方法 按照断 裂力学的 研究思路 试样中一般要预 制一个或 两个初始裂纹 以保证断裂从预制裂纹尖端开始扩展3本 文采用带切口的三点弯曲梁通过砂浆和混凝土断裂能计 算的测试方法 来分析判断聚丙烯纤维混凝土的抗裂性能 用于三点弯曲试验的混凝土试件尺寸为 100 100 400 并带中心裂 纹测量 跨距为300 梁 高度为 100 跨高比为3梁切口深度分别为3 和5 每 种切口深度有2个试件 1.2试验结果 图 1 为普通 混凝土和体积 掺量分别 为 0.1% 和 0.2% 聚 路 面 工 程 中 聚 丙 烯 纤 维 混 凝 土 性 能 研 究 宗荣赵静 淮阴工学院土木工程学院江苏淮安2230 0 1 摘 要对普通混凝土不同体积掺量的聚丙烯纤维混凝土进行了断裂能抗渗性抗冲击性和耐磨性等试验对比分析 了聚丙烯纤维材料对混凝土性能的提升 作用为聚丙烯纤维混凝土在路 面工程中的推广应用提供了实验支持和理论分析依 据 关键词 断裂能抗渗性抗冲击性耐磨性 中图分类号U416 .216 文献标识码A文章编号10 0 5-6 27020 110 1-0 0 9 7-03 ZO N G R ZH AO J ( F C E H I T ,H J 22300 1 C ) : I , , , . A , . : ; ; ; 表 1混凝土配合比单位 / 3 混凝土类 型水水泥砂碎石纤维网 C 基准 F -1掺加0.1%纤维 F -2 掺加 0.2% 纤维 16 0 16 0 16 0 330 330 330 58 8 58 8 58 8 1372 1372 1372 0 0.9 1.8 图 1混凝土荷载变形 P 曲线 97 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 江苏建筑 1 1年第1期(总第 3 9期) 丙烯纤维混凝土的荷载变 形( )曲线 对于荷 载 变形关系曲线 用 个多次抛物线进行回归 时 相关系数均大于0. 99因此 可从试验数据中取荷载 时对应的挠度值由0到对多次多项式中 挠度进行积 分 次积分 即可得到 0 即断裂能 表 2 为不同切口深度 的断裂能试验结果 从断裂 能试验结 果看聚丙烯纤维的加入对 改善混凝 土的脆性作用是显 著的掺加0. 1 %和0. 2%聚 丙烯纤维断 裂能可分别提高 58% 88% 并且切 口深度不同 断裂能有 很大差别 随着试 件韧带尺 寸增大 断裂能相应会减少 说明断裂能测量结果具有明显的尺寸效应本试验测量 的断裂能的 尺寸效应的 来源主要 是由于混 凝土断裂 能 本身具有尺寸效应 即尺寸效应是混凝土断裂能的属性 4 1 . 3 最大破坏荷载及变形 图1是聚丙 烯纤维混凝土 和普通混凝 土典型荷载挠 度原始曲线求最大破坏荷载及破坏时的变形必须要对曲 线进行修正表2为普通 混凝土和体积掺量分别为0. 1 % 0. 2%聚丙烯 纤维 混凝土 的最 大破坏 荷载及 其变 形的试 验 结果 从表2可以 得出当切口深度 为3 时体积掺 量为 0. 1 %聚丙 烯纤维和普通 混凝土比较最 大破坏荷载降 低了 3% 相应的变 形却提 高了 1 6% 体 积掺量 增加 到 0.2% 时 最大破坏荷载 相对应的变 形可以提高20% 当切口 深度为 5 时掺加0. 1 %的聚丙烯纤维最大破坏荷载稍有提高 相应的变 形提高 了 24% 聚丙烯 纤维的 体积掺量 为 0. 2% 时 最大破坏荷载降低了 8% 而相应的变形提高了 3 3% 2 聚丙烯纤维混凝土抗渗性能 抗渗性 是材料在 压力水作 用下抵抗水 渗透 的性能渗 透是在压力作用下通过材料内部毛细孔的迁移过程与材 料内部的孔结构有直接关系抗渗性是检验混凝土耐久性 的重要指标 测试方 法本试 验采用上 口直径1 7 5 下 口直径 1 85 高1 50 的混凝土试 件标准养护28 后在 1 . 2 水 压下比较混 凝土试件的渗 水高度抗 渗试验结 果见表 3 由表3可以看出当聚丙烯纤 维体积掺量为0. 1 % 抗 渗性提 高60% 当 聚丙烯 纤维掺量 为0.2%时抗渗 性提高 28% 结果表明 掺入聚丙烯纤维有助于大幅度提高水泥基 体的抗渗性这主要归功于数以万计的聚丙烯纤维在水泥 基体中起着如下3个方面主要作用 首先均匀分布在混凝土中彼此相连的大量聚丙烯纤维 起了承托骨料的作用 降低了混凝土的离析现象 提高了 浇筑体的整体均匀性不至于其发生各层的不均匀 收缩减 少了浇筑体的内部裂缝 其次即使混凝土基材在收缩条件下因失水干缩而引 发裂缝 但是由于聚丙烯纤维的存在 其阻裂作用可以减少 裂缝的数量裂缝的宽度和长度因而可以有效降低生成贯 通裂缝的可能性 还有由于混凝土体内大量均匀分布的短纤维呈现三维 乱向分布可以起到阻断混凝土内毛细作用的效果 在进行抗渗试验时要将试件劈开这样又可以得到普 通混凝土和聚丙烯纤维混凝土的劈拉强度劈拉强度结果 表明聚丙烯纤维作为一种低弹模纤维对混凝土的抗拉强 度影响甚微掺量增大时甚至还会稍微降低强度所以聚 丙烯纤维不能作为一种结构性增强材料 在劈裂时发现 当 试件为普通混凝土试件时 试件破坏时是完全断开 而加有 纤维的两组试件在达到破坏荷载时试件组仍保持为一 体说明加了聚丙烯纤维后混凝土的韧性和抗裂性大大提 高 3聚丙烯纤维混凝土耐磨性能 所谓混凝土的 耐磨性是混 凝土表面 抵抗磨 损的能力 一般情况下 路面受反复摩擦时 首先被磨损的是混凝土表 面层 因此 水泥混凝土表面层的耐磨性对混凝土的耐磨性 有着举足轻重的作用本课题依照公路工程水泥混凝土试 验规程规定采用 04水泥胶砂耐磨试 验机混凝土试 件尺寸采用 1 5 1 5 7 .5 试验前将混凝土试件在 表 2断裂能试验结果 / 断裂能 试件组 切口深度为 3 切口深度为 5 混凝土 纤维混凝土(0.1 %) 纤维混凝土(0.2% ) 292 462 549 204 306 43 9 表2最大破坏荷载及其变形试验结果 最大荷载 及变形 试件组 普通混凝土 纤维混凝土(0. 1 % ) 纤维混凝土(0. 2% ) 切口深度为3 切口深度为5 0/ 0/ 0/ 0/ 61 3 3 597 2 5919 0. 50 0. 58 0. 60 3 385 3 53 1 3 1 02 0. 33 0. 41 0. 44 表 3抗渗试验结果 指标 试件组 渗水高度/ 劈裂强度/ 混凝土 纤维混凝土(0. 1 % ) 纤维混凝土(0. 2% ) 53 21 38 1 1 6 1 1 4 1 05 98 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 60 烘箱中烘至恒重然后在水泥 胶砂耐磨试验机上 磨削 50 转 磨损面积为 0. 0125 2试验结果如图 2 所示 由图 2 结果可知加入聚丙烯纤维可以改善混凝土的 耐磨性能与普通混凝土 相比 当纤维 体积掺量为0. 1%和 0. 2%时聚 丙烯 纤维混 凝土 的耐磨 性能分 别提 高17 %和 24% 4 聚丙烯纤维混凝土抗冲击性能 本试验是采 用A C I544委员 会建议的冲击 试验方 法之 一自由落锤冲击试验法进行的本试验重在比较普通混 凝土和聚 丙烯纤维混 凝土的抗冲击 力学性能 并且 加上试 验条 件的限制所以 试验装置 及试件 成型尺寸 与A C I544 委员会的标准不尽相同 试验装置和方法见图 3 试件尺寸为 150 50 龄期为 28 冲击锤重 4. 5 下落高度 =407 钢球直径为50 测试挡板 和试件间距 为5 钢球和 试件同心并在 冲击锤的 中线 上测试时 冲击锤自由落下冲击钢球 钢球将冲击能量传 递给试件吸收试验时在试件的底部抹一层黄油以减少底 板对试件的横向约束 该试验 方法通过 两项指标 比较混凝土 和聚丙 烯纤维混 凝土的抗冲击能力在一次次冲击下记录下出现第一条裂 缝时的冲击 次数 1在随后的不 断冲击下裂缝扩 展试件 体积发生膨胀 当膨胀的试件接触到 4 个挡板中的 3 个时 记录破坏时的冲击次数 2 测试结果如表4所示 表 4 结果表明试件初裂次数和破坏次数随聚丙烯纤 维掺量的增加而增加掺加0. 1% 0. 2%的聚丙烯纤维能使 混凝土的抗冲击能力提高2 3倍左右聚丙烯纤维改善混 凝土的抗冲击性主要有几个方面的原因首先是由于聚丙 烯纤维的阻裂作用所致 在混凝土受到冲击荷载作用 时 纤 维可以阻碍混凝土中裂缝的扩展其次低模量的有机材料 能吸收冲击能量有助于提高混凝土受冲击时所吸收的动 能 5 5 结论 ( 1) 图 1 表明聚丙烯纤维虽然不能使得硬化混凝土的准 静载强度有明显提高 但是 在荷载位移曲线中峰值后的曲 线变的平缓表明在混凝土中加入纤维可以提高基体的变 形能力 并且使得裂缝的扩展得到抑制 ( 2)断裂能试验结果说明聚丙烯纤维的加入对改善混凝 土的脆性作用是明显的并且切口深度不同最大破坏荷载 有很大的区别对应的变形也不一样断裂能也有很大差 别说明了混凝土试件具有明显的尺寸效应 ( 3)抗渗性耐磨性抗冲击性等试验结果表明聚丙烯纤 维混凝土在耐久性韧性和承受动载能力等方面较普通混 凝土有较大改善 参考文献 1 C H L.A , M E P L L ,19 7 8 . 2 K M F.C J .J A C I , 19 61, 58 ( 5) :59 1-610. 3唐春安朱万成.混凝土损伤与断裂数 值计算 M .北 京 科学出版社 2002. 4张 东吴 科如,等.关于 三点弯曲法确 定混凝土 断裂能 的分析 J .建筑材料学报19 9 9 3 206-211. 5 曹诚 刘家 彬. 聚 丙烯纤维 对混凝 土动力 学特性 影响 研究 J .混凝土 2000 5 43-45. 图2普通混凝土及掺加纤维混凝土耐磨性能对比图 1冲击锤2钢球3抗冲击试件4测试挡板5刚性挡板 图3纤维混凝土抗冲击试验装置 表4抗冲击试验结果 指标 试件组 初裂次数 1破坏次数 2 普通混凝土 纤维混凝土 0. 1% 纤维混凝土 0. 2% 7 2 17 8 19 3 7 8 18 8 216 9 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m