改性聚丙烯纖維混凝土抗裂性能的研究

商洪峰 鄒世會

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

·建筑材料及應(yīng)用·

改性聚丙烯纖維混凝土抗裂性能的研究

商洪峰 鄒世會

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

介紹了改性聚丙烯纖維混凝土的特點及性能，通過原材料的選擇，參數(shù)的選擇與計算，對改性聚丙烯纖維混凝土的抗裂性能試驗結(jié)果進行了分析和討論，以促進其在工程建設(shè)中的推廣應(yīng)用。

改性聚丙烯纖維，抗裂性能，試驗研究

在隧道盾構(gòu)段的C60混凝土管片預(yù)制施工過程中管片不僅要承受地層荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力，還要承受混凝土熱脹冷縮所產(chǎn)生的變形，所以在管片預(yù)制混凝土的選擇上我們一般選取粘結(jié)能力比較強、脆性比較好以及力學(xué)性能比較優(yōu)越的混凝土。但普通混凝土屬于脆性材料，很可能出現(xiàn)抗拉強度低以及容易開裂的問題。改性聚丙烯纖維混凝土是一種摻入少量聚丙烯纖維來增強混凝土一些性能的復(fù)合材料，相比混凝土本身它的力學(xué)性能要好很多，改性聚丙烯纖維混凝土是在普通的混凝土中加入亂向分布的纖維，并通過亂向分布改性聚丙烯纖維的加入來遏制混凝土內(nèi)部的微裂縫擴散，有效防止了塑性收縮裂縫的形成，對于改善混凝土的抗折、劈裂抗拉、抗?jié)B、抗凍性能以及抗疲勞性能等有著明顯的效果，因此關(guān)于聚丙烯纖維混凝土抗裂性能的研究具有非常重要的實踐意義，本文將著重對其抗裂性能的影響進行研究與探討。

1 原材料的選擇

在改性聚丙烯纖維混凝土抗裂性能的試驗研究中，原材料的選擇非常重要，其中纖維所采用的是長度為19 mm的改性聚丙烯纖維(網(wǎng)狀)，水泥選取的等級是P.Ⅱ52.5級，粉煤灰選取的等級是Ⅰ級，礦粉選取的等級是S95級，細骨料使用的是天然河砂，粗骨料使用的是粒徑小于20 mm的碎石，水為普通水，外加劑為SMS型聚羧酸鹽系高性能減水劑。

在具體的參數(shù)及性能上，細骨料級配取0.15 mm～4.75 mm，細度模數(shù)取2.7，含泥量取0.8%，表觀密度取2 451 kg/m3。在粗骨料的物理指標上，級配取4.75 mm～19 mm。表觀密度為2 891 kg/m3，壓碎指標取7.4%，含泥量取0.4%。水泥的主要性能有：標準稠度用水量取27.2%，初凝時間為183 min，終凝時間為241 min。

2 C60混凝土配合比

水泥363 kg/m3，粉煤灰60.0 kg/m3，礦粉74.7 kg/m3，砂子623 kg/m3，碎石1 209 kg/m3，水150 kg/m3，外加劑5.00 kg/m3，改性聚丙烯纖維1.5 kg/m3。

3 改性聚丙烯纖維混凝土抗裂性能的試驗結(jié)果分析與探討

1)摻加改性聚丙烯纖維對混凝土和易性的影響。C60管片混凝土設(shè)計坍落度為50 mm～70 mm。和易性一般包括流動性、粘聚性和保水性三個方面，和易性的好壞對混凝土的攪拌和澆筑施工是否方便操作起到關(guān)鍵性的作用。主要通過對其拌合物的流動性進行檢測，然后視其為一個評估指標，再綜合其粘聚性以及保水性，最后得出評價。

本次試驗之中，應(yīng)用坍落度法，根據(jù)表1，不摻加改性聚丙烯的混凝土的坍落度為60 mm，摻加改性聚丙烯的混凝土的坍落度為55 mm。據(jù)此結(jié)果表明摻加改性聚丙烯纖維的混凝土流動性相對較好，對混凝土的流動性影響不是很大。此外，通過對混凝土拌合物的觀察，未發(fā)現(xiàn)離析和泌水現(xiàn)象，說明拌合物的粘聚性與保水性比較好。

表1 改性聚丙烯纖維對混凝土性能的影響

2)摻加改性聚丙烯纖維對混凝土抗壓強度的影響。通過表1中拌合物抗壓強度的檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)改性聚丙烯纖維對混凝土抗壓強度基本沒有影響，7 d齡期的時候提高值為2.4%，而在28 d齡期的時候?qū)?yīng)的是2.4%，抗壓強度提高非常微小，關(guān)于此現(xiàn)象可能是由于摻加改性聚丙烯纖維以后，膠凝材料對骨料的包裹性幾乎不變，必然不會使其抗壓強度出現(xiàn)大的改善。此外，混凝土內(nèi)部是比較典型的四角錐形態(tài)，在摻加改性聚丙烯纖維之后，其試件的整體性以及試塊的成型基本不變，這也是摻加改性聚丙烯纖維沒有對混凝土抗壓強度帶來較大影響的重要因素。

3)摻加改性聚丙烯纖維對混凝土劈裂抗拉強度的影響。由表1試驗結(jié)果表明，摻加改性聚丙烯纖維對于混凝土的劈裂抗拉強度有著非常明顯的提高，7 d齡期提高值為34.8%，28 d齡期對應(yīng)的增幅高達50.8%。這是因為改性聚丙烯纖維與水泥基集料有極佳的結(jié)合力，經(jīng)過拌勻后，纖維在混凝土內(nèi)部形成一種均勻的亂向支撐體系并達到了一種有效的二級加強效果。而且改性聚丙烯纖維的亂向分布還可以減少混凝土的塑性收縮，因此減少了混凝土初凝時收縮引起的裂縫。同時，混凝土內(nèi)部由纖維形成的亂向支撐體系阻礙了骨料的離析，保證了混凝土的泌水性，從而阻礙了沉降裂紋的形成。

4)摻加改性聚丙烯纖維對混凝土抗折強度的影響。由表1可以得出，摻加改性聚丙烯纖維后，混凝土7 d齡期的抗折強度提高27.2%，28 d齡期對應(yīng)的提高值為45.4%。摻加改性聚丙烯纖維可以有效地改善混凝土的抗折強度。實際上混凝土的抗壓強度和抗折強度的增長幅度應(yīng)該是基本一致的，但由于混凝土內(nèi)部存在大小不同的微裂縫，而微裂縫對抗折強度的影響遠大于抗壓強度。摻加一定量的改性聚丙烯纖維后，因為改性聚丙烯纖維與水泥基集料有極強的粘結(jié)力，在混凝土結(jié)構(gòu)形成的過程中，改性聚丙烯纖維阻礙了裂縫源的形成，從而減少了微裂縫的數(shù)量和大小，使得混凝土的整體性加強，在試件被破壞時，這種粘結(jié)力可以在一定程度上承擔(dān)彎拉應(yīng)力，防止裂縫的引發(fā)和擴展，從而提升了混凝土的抗折強度。

4 結(jié)語

1)摻加改性聚丙烯纖維對混凝土拌合物的坍落度相比較使用同一配合比的混凝土，前者的坍落度會小5 mm。

2)摻加改性聚丙烯纖維對混凝土抗壓強度的影響不大，7 d齡期的時候提高值為2.4%，28 d齡期對應(yīng)的是2.4%。

3)摻加改性聚丙烯纖維對于混凝土的劈裂抗拉強度影響非常大，7 d齡期提高了34.8%，而28 d齡期的增幅高達50.8%。

4)摻加改性聚丙烯纖維對混凝土抗折強度同樣有著很大的改善。通過摻加改性聚丙烯纖維，混凝土的抗折強度在7 d的時候提高了27.2%，在28 d的時候提高了45.4%。

以往采用的普通混凝土經(jīng)常出現(xiàn)各種樣式的裂縫，裂縫的引發(fā)和擴展不僅加大了隧道內(nèi)部的滲漏情況，增加了維護成本，而且大大降低了管片混凝土的使用耐久性，對隧道工程的使用壽命影響很大。在混凝土中摻加改性聚丙烯纖維后，混凝土的劈裂抗拉強度、抗折強度、抗?jié)B性能明顯改善，提高了工程的使用壽命和工程效益，進而經(jīng)濟效益顯著提高。所以改性聚丙烯纖維混凝土在隧道的管片預(yù)制中具有非常好的推廣意義，對加速我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有重大意義。

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Study of the anti-cracking performance of concrete with modified PP fiber

Shang Hongfeng Zou Shihui

(CCCCTunnelEngineeringCo.，Ltd，Beijing100088，China)

The paper introduces the features and performance of the concrete with modified PP fiber, and analyzes and discusses the anti-cracking performance tests of the concrete with modified PP fiber according to the selection for raw materials, parameter and calculation, so as to enhance the application of its engineering construction.

modified PP fiber, anti-cracking performance, test study

1009-6825(2015)02-0094-02

2014-11-05

商洪峰(1987- )，男，助理工程師； 鄒世會(1989- )，男，助理工程師

TU528

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