纤维品种对抗冲磨混凝土性能影响的对比研究.pdf

第 4 1卷 第 2 l期 2 0 1 0年 1 1月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 41， No 21 No v ， 2 01 0 文 章 编 号 ： 1 0 0 141 7 9( 2 0 1 0) 2 10 0 2 10 3 纤维品种对抗冲磨混凝土性能影响的对比研究 句 广 东 ， 石 妍2， 李 家 正 ( 1 长江水利委员会 建设 与管理局 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ； 2 长江科学院 材料 与结构研究所， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 ： 对 比分析 了单掺玄武岩纤维、 聚丙烯腈纤维和高性 能异型 塑钢纤维的抗冲磨混凝土力学、 变形及耐久性 能 。试验结果表 明： 高性能异 型塑钢 纤维混 凝土的 用水量 比空白混凝 土多 8 k g m ； 高性 能异型 塑钢 纤维对 抗冲磨混凝 土的力学性能和抗冲磨能力的提 高最显著 ； 抗 冲磨混凝 土干缩 率和 极限拉伸值 均较 高； 3种纤维 的掺入均明显抑 制了抗 冲磨混凝土的 自生体积收缩； 单掺 3种 纤维及 空白抗 ，中磨混凝土的抗渗和抗 冻等级分 别 达 到 W8和 F 1 0 0。 关键词 ： 抗冲磨混凝土；耐久性 ； 玄武岩纤维 ； 聚 丙烯腈纤维 ；高性能异型塑钢纤维 ； 水工材料 中图法分类号 ： T V 4 l 文献标志码 ： A 混 凝 土抵 抗 水 流 冲 刷磨 损 的能 力 即 为抗 冲耐 磨 性。将抗冲磨添加材料的纤维掺入混凝土中， 已成为 提高水工混凝土抗 冲耐磨性能的重要途径 。玄武 岩纤维、 聚丙烯腈纤维和高性能异型塑钢纤维的使用 近年 来备受 关注 ， 本 文通 过对 比试验 ， 研究 3种纤维 混 凝 土 的力学 、 变形及 耐久 性能 ， 分析其 对混凝 土抗 冲磨 性 能的影 响效果 ， 期 望为 工程应 用提供 技术 支持 。 1 混凝土试件制作 1 1 原材料及试验方法 4 2 5中热硅 酸盐水 泥 ； 宣 威发 电厂分 选 I 级 粉 煤 灰 ； 江苏博特 J M P C A聚羧 酸减水 剂 和 G Y Q引气剂 ； 灰岩 砂石 料 ， 粗 骨 料级 配 的 中石 ： 小石 比例 为 5 0 ： 5 0 。 抗 冲磨混凝土 中添加的功能材料分别为 ： 玄武 岩 纤维 ； 聚丙烯腈纤维 ； 高性能异型塑钢纤维。混 凝土拌和与成型按照 S L 3 5 2 2 0 0 6 水工混凝土试验 规程 进行。采用 水下钢球法进 行混凝 土抗 冲磨试 验 。 1 2 技术要求及配制强度 抗 冲磨混 凝 土 的 主 要 设 计 指 标 及 配 制 强 度 见 表 表 1 抗冲磨混凝土主要设计指标及配制强度 强度 保证 抗渗 等级 抗冻等级 最大 掺和 辩最大 蠕 坍落度 含气量 配制强 等级 率 ( 9 0 d ) ( 9 0 d ) 水胶比 掺量 帆 ila m M P a C 5 0 9 5 W8 F 1 0 0 0 ， 4 5 2 0 二 5 0 7 0 4 0- 5 0 5 9 0 1 3试验配合比 抗冲磨混凝土配合 比参数及拌和物性能见表 2 。 其 中抗 冲 磨 材 料 的 掺 量 如 下 ： 玄 武 岩 纤 维 掺 量 0 9 k g m ； 聚丙 烯 腈 纤 维 掺量 0 9 k g m ； 高性 能 异 型 塑 钢纤 维掺量 5 k g m 。 表 2抗 冲磨 混 凝 土 配 合 比参 数 及 拌和 物 性 能 型 k g m- 3 外加剂掺量 抗 冲 磨 材料 拌和物性能 坍落 含气 m m 量 常态 o 3 0 l 2 3 常态 o ， 3 0 1 2 8 常态 0 3 0 1 3 1 常 态 0 3 0 1 2 3 注： 抗冲磨材料一列中的 、 、 分别表 示掺 玄武岩纤维、 掺聚 丙烯 腈纤维和掺 异型塑钢纤维( 下同) 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 7 2 O 基金项 目： 水利部公益性行业科研 专项资金项 目( 2 0 0 9 0 1 0 6 6 ) 作者简介 ： 句广 东， 男， 副局长 ， 高级工程师 ， 主要从事水利工程 建设 与管理工作。Em a i l ： j s g l d s o h u e o m 2 2 人 民 长 江 2 试验结果与分析 2 1 纤维对抗冲磨混凝土力学性能的影 响 不同品种纤维的抗冲磨混凝土力学性能试验结果 见 表 3 。抗 冲磨 混凝 土 抗 压强 度 柱状 图见 图 1 。试 验 结果 表 明 ： ( 1 )3种纤维对混凝土拌和物 的性能均有影 响， 为达到相近的坍落度及含气量， 掺入高性能异型塑钢 纤维所 需 的单 位用水 量 最 高 ， 比不掺 纤 维 的混 凝 土多 8 k g m 。 ( 2 )抗冲磨混凝土抗压强度均能满足设计要求。 分别掺入 3种纤 维及无抗 冲磨 材料， 抗 冲磨 混凝土 2 8 d 的抗 压强 度为 6 1 16 4 5 M P a ， 均 能 达到 C 5 0配 制强度 5 9 0 MP a的要求， 且有一定的富余。分别掺入 3种纤维 ， 能提 高抗 冲磨 混凝 土 的抗 压强度 3 6 、 劈拉强度 1 5 3 2 ， 其 中高性能异型塑钢纤维的改 善效果最好 ， 其次是聚丙烯腈纤维。 ( 3 )3种纤 维 的掺 人均 能提 高抗 冲磨 混 凝 土 的轴 拉强 度 ， 但效 果不 明显 。 表 3抗冲耐磨混凝土力学性能试验结果 。 | l 2 8 龄期 d 图 1 掺 入 不 同添 加 材 料 的 抗 冲屠 混凝 土 抗 压 强 度 对 比 2 2 纤维对混凝土抗冲磨强度影响 混凝土抗 冲磨强 度试验 结 果见 表 3 。图 2为 不 同 添加材 料 的混 凝 土 抗 冲磨 强 度 柱 状 图 。试 验 结 果 表 明， 不 掺 纤 维 的 空 白混 凝 土 抗 冲磨 强 度 为 9 3 3 h ( k g m ) ， 在分 别掺 入 3种 纤 维 后 其抗 冲磨 强 度 在 9 9 91 1 3 3 h ( k g m ) 之间， 因此， 纤维的掺人可提 高 6 1 8 的抗冲磨强度。单掺 3种纤维均能不 同 程度地提高混凝土的抗冲磨能力 ， 其中高性能异型塑 钢 纤维 的改善效 果 最好 ， 其 次 是 玄武 岩 纤维 。纤 维 的 掺 人 ， 能使 混凝 土 内部互 相搭 接 、 牵连 ， 整体性 增强 ， 形 成 有力 的空间支 撑体 系 ， 改善 混凝 土 的内在 结构 ， 增 强 水 泥石与 骨料之 间的界 面黏结 力 ， 改 善混凝 土的脆性 ， 阻碍了由于冲击或磨损导致 的裂缝 的发展， 从而提高 混凝土的抗磨蚀性能 - 3 。 玄武岩 聚丙烯腈 异型塑钢 无 纤维 纤维 纤维 图 2 2 8 d龄 期 不 同添 加 材 料 的 抗冲磨混凝土抗冲磨 强度对 比 2 3 纤维对抗冲磨混凝土变形性能 的影响 抗冲磨混凝土的变形性能试验结果见表 4 ， 不同 添加材料的抗 冲磨混凝土干缩发展曲线见 图 3 ， 抗 冲 磨 混凝 土 的 自生体积 变形 曲线见 图 4 。 f 呈 X 一 斟 姆 H - 图 3不同添加材料 的抗 冲磨混凝土干缩曲线 图4 不 同添加材料的抗冲磨混凝土 自生体积变形 曲线 试 验结 果表 明 ： ( 1 )抗冲磨混凝土的极限拉伸值普遍较高 ， 2 8 d 龄期 的极 限拉 伸值均 在 1 0 01 0 以上 。各 配合 比的 极限拉伸值差别不大， 掺入异型塑钢纤维的极限拉伸 0 加 蚰 一 ； 0 一 ) 堆划皿 伯 弱 惦 童 髓出螺 第 2 1期 句广东 ， 等： 纤维 品种对抗冲磨混凝土 性能影 响的对 比研究 2 3 值略 高。 ( 2 )由于抗 冲磨 混 凝 土胶 凝 材 料 用量 很 高 ， 混 凝 土 的 干 缩 率 较 大 ， 1 2 0 d龄 期 的 干 缩 均 超 过 4 0 0 1 0 ， 后期 的干缩 发展趋 势逐 渐变缓 。 ( 3 )抗冲磨混凝 土的 自生体积变形 均表现为收 缩 ， 且 收缩变形 发展较 快 。添加 玄武岩 纤维 、 聚丙烯 腈 纤维 和异 型塑 钢纤维 ， 均起 到 了抑 制收 缩变形 的作用 。 表 4抗冲磨 混凝 土的变形性能试验结果 2 4纤维对抗冲磨混凝土耐久性 能的影 响 表 5为抗冲磨混凝土抗冻及抗渗性能试验结果 。 试验结果 表 明 ， 单掺 3种 纤 维 及无 抗 冲磨 材料 的混凝 土抗渗、 抗冻性能均满足设计要求 ， 抗渗和抗冻等级分 别达到 W8和 F I O 0的设计要求 ， 且有较大富余 。 3 结 论 ( 1 )3种纤维对混凝 土拌 和物性能均有影响 ， 掺 人高性能异型塑钢纤维所需 的单位用水量最高， 比不 掺 纤维 的混凝土 多 8 k g m 。 表 5 抗冲磨混凝土抗冻、 抗渗性能试验结果 ( 2 )单掺 3种纤维可提高抗冲磨混凝土抗压强度 3 6 、 劈拉强度 1 5 3 2 及抗冲磨强度 6 一 1 8 ， 其 中掺入高性能异型塑钢纤维的改善效果最好。 ( 3 )4组抗 冲磨混凝土 1 2 0 d干缩率超过 4 0 0 1 0 、 极限拉伸值在 1 0 01 0 以上 ， 这是由混凝土胶 材用 量大 、 强度 高所 致 。纤 维 的掺 入 可 抑制 抗 冲磨 混 凝土的变形， 尤其是 自生体积收缩变形。 ( 4 )单掺 3种纤维及无抗 冲磨材料的混凝土抗渗 和抗冻等级分别达到 W8和 F I O 0的设计要求 ， 且有较 大 富余 。 参考 文献 ： 1 杨华全 ， 李文伟 水工混凝土研 究与应用 M 北京： 中国水利 水 电 出版 社 2 0 0 5 2 李建辉 ， 邓宗才 异型塑钢纤维一砂浆界 面粘结牲能 J 混凝 土 与水泥制品， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 3 84 O 3 谢祥 明， 余青 山， 胡磊 聚丙烯纤维改善混凝 土抗冲磨性能的试验 研 究f J 1 重庆建筑大学学报 2 0 0 8 ， 3 0 ( 3 ) ： 1 3 41 4 2 ( 编 辑 ： 郑 毅 ) Co m p a r a t i v e s t u d y o n i nflu e n c e o f di ffe r e nt fib e r s t o pe r f o r m a n c e o f a b r a s i o n r e s i s t a n t c o n c r e t e J U Gu a n g d o n g ， S HI Ya n ， LI J i a z he n g ( 1 C o n s t r u c t i o n a n d A d mi n i s t r a t i o n B u r e a u，C h a n g fia n g Wa t e r R e s o u r c e C o mmi s s i o n，Wu h a n 4 3 0 0 1 0，C h i n a； 2 C h a n g j i a n g R i v e r S c i e n t c R e s e a r c h I n s t i t u t e ，W u h a n 4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t： We c o n du c t e d e x pe r i me n t a l s t u d y o n me c h a n i c a l ，d e f o r ma t i o n a nd d u r a bi l i t y p e rfo r ma nc e o f a b r a s i o n r e s i s t a n t c o n- c r e t e s mi x e d wi t h ba s a l t f i be r，p o l y a c r y l o n i t r i l e fib e r a nd HPP fibe r r e s pe c t i v e l y Th e r e s u l t s s h o w t ha t t h e mi x e d wa t e r v o l ume o f HP P c o n c r e t e i s 8 k s m mo r e t h a n t ha t i n no rm a l c o n c r e t e；t h e me c h a n i c a l a nd a b r a s i o n r e s i s t a n t p e rfo rm a nc e o f a b r a s i o n r e s i s t - a n t c o n c r e t e s i s i nc r e a s e d b y HPP a t t he l a r g e s t e x t e nt ；t h e s h r i nk a g e r a t e a n d u l t i ma t e t e n s i l e e l o n g a t i o n o f a b r a s i o n r e s i s t a n t c o n c r e t e h a v e r e l a t i v e h i g h e r v a l u e s；t he mi x o f t h e 3 f i b e r s o bv i o u s l y i n hi bi t s e l fg e n e r a t i n g v o l ume c h a n g e o f a br a s i o n r e s i s t a n t c o n c r e t e；t h e f r o s t r e s i s t a n t g r a d e a n d i mp e r me a b i l i t y r e s i s t a nt g r a d e o f 3 fib e rmi x e d c o n c r e t e s a nd n o rm a l c o nc r e t e a l l r e a c h W 8 a n d Fl O0 Ke y wo r ds： a b r a s i o n r e s i s t a n t c o nc r e t e；du r a bi l i t y；b a s a l t f i b e r ；p o l y a e r y l o n i t fil e f i be r；HPP；hy d r a u l i c ma t e r i a l