網狀聚丙烯纖維對混凝土早期開裂的影響

孟 貴 平

(山西春城煤礦勘察設計有限公司，山西 太原 030024)

網狀聚丙烯纖維對混凝土早期開裂的影響

孟 貴 平

(山西春城煤礦勘察設計有限公司，山西 太原 030024)

采用平板約束試件，研究了網狀聚丙烯纖維對普通混凝土和高性能混凝土早期開裂的影響，研究表明：摻入網狀聚丙烯纖維后，可以有效抑制混凝土的早期干縮裂縫，延遲初始開裂的時間，細化裂縫，且在該試驗條件下，纖維對兩種混凝土的阻裂效果相同。

普通混凝土，高性能混凝土，網狀聚丙烯纖維，早期開裂

0 引言

混凝土澆筑以后，由于脫水而產生收縮,這種收縮受到基底、模板和鋼筋等不同程度的約束，因而在混凝土內部產生了拉應力。但此時的混凝土仍處于塑性階段，其抗拉強度很低，不能抵抗此拉應力，所以混凝土產生了不同程度的裂縫。這種裂縫稱為塑性裂縫，也稱干縮裂縫。環境溫度和混凝土溫度越高、環境濕度越低、空氣流動速度越大，混凝土中的水分散發越快，產生的塑性收縮裂縫也就越嚴重，這必然對后期的結構受力、抗滲等產生不良影響，甚至可威脅到結構的安全[1]。目前干縮裂縫是工程中比較棘手的問題。

為了減少混凝土產生的塑性收縮裂縫，可采取在新拌混凝土中加入纖維的方法。加入的纖維可分為兩種：一種是彈性模量高于混凝土基體的纖維，如鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維等，主要用于提高混凝土的抗拉、抗壓、抗彎、抗沖擊強度和韌性；另一種是彈性模量低于混凝土基體的纖維，如尼龍纖維、聚乙烯纖維、聚酯纖維等，它們不能提高混凝土的抗拉、抗壓強度，但對混凝土早期裂縫的形成有明顯的影響，使早期裂紋的生長受到抑制，并使混凝土的抗沖擊強度和韌性顯著改善。網狀聚丙烯纖維是一種低彈性模量纖維，為了檢驗其對混凝土抗裂性能的影響，本文進行了專門的試驗研究。

1 試件制作與試驗

1.1 試驗材料與試件

本試驗采用的水泥為小野田水泥廠生產的42.5R普通硅酸鹽水泥，粗骨料為最大粒徑20 mm的碎石，細骨料為細度模數為2.9的河沙，粉煤灰為二級粉煤灰，硅粉為上海埃肯公司生產的硅粉，減水劑為sika高效減水劑。共制作了兩組高性能混凝土(A，B)和兩組普通混凝土(C，D)試件，每組兩塊，混凝土配合比見表達式。B和D試件內摻有網狀聚丙烯纖維，纖維由美國ABC Fibers公司生產，其性能見表1,混凝土配合比見表2。

本試驗參考日本笠進芳夫教授提出的測試方法[2]，采用尺寸為600 mm×600 mm×63 mm的平板試件。試模的4個內邊裝配了14個φ10 mm×100 mm的全螺紋螺栓，以約束混凝土收縮(見圖1)，下表面鋪以塑料薄膜，以隔離試模底板對混凝土收縮的約束。

表1 聚丙烯纖維的物理性能

表2 混凝土配合比

1.2 試驗方法

試驗時，先將混凝土拌合物澆入試模中振搗成型。為便于觀察，直接將成型后的試件暴露于溫度為22 ℃±3 ℃，濕度為(60±5)%，風速為0.6 m/s的環境中,用50倍的裂縫讀數放大鏡對各混凝土板的開裂情況進行跟蹤觀測。開始每10 min觀測一次,當發現有裂紋后每30 min觀測一次,5 h后每小時觀測一次,直至24 h。記錄每個混凝土板的初始開裂時間、最終的裂縫數量及寬度，計算下列三個參數[2]：

1)裂縫的平均開裂面積：

2)單位面積的開裂裂縫數目：

3)單位面積上的總裂開面積：

C=a×b(mm2/m2)。

其中，Wi為第i根裂縫的最大寬度，mm；Li為第i根裂縫的長度,mm；N為總裂縫數目，根;A為平板試件的面積，0.36 m2。

每組兩塊試件的平均值作為該組的試驗值。

2 試驗結果及分析

在各試件成型前，測定其坍落度，裂縫測量、計算及混凝土28 d抗壓強度試驗結果如表3所示。試件A，B，C和D 24 h的最終開裂情況分別見圖2～圖5。

從表3和圖2～圖5可知，相同暴露條件下，水灰比較小、摻有粉煤灰和硅粉的高性能混凝土比水灰比較大的普通混凝土開始出現裂縫的時間早，且最大裂縫寬度大，這說明高性能混凝土更容易出現早期裂縫，在實際施工過程中應注意早期養護。出現這種現象可能與高性能混凝土的高膠凝材料含量有關，文獻[3]～[6]的研究也表明，水灰比越小，早期收縮越大。配合比、暴露條件相同的情況下，摻有網狀聚丙烯纖維的試件比未摻纖維的試件初裂時間晚，最大裂縫寬度小，單位面積上出現的裂縫數目多，單位面積上的總開裂面積小。

表3 混凝土早期開裂試驗結果

這說明該纖維可以有效抑制混凝土的早期干縮開裂，延遲初始開裂時間，使裂縫細化。未摻纖維的試件(A，C)上裂縫寬度大，長度長，且試件中央均有貫通裂縫，摻有纖維的試件(B，D)上雖然裂縫條數較多，但又細又短，這可以用纖維間距理論[7]進行解釋:水泥砂漿在硬化過程中由于脫水而產生裂縫，當砂漿中摻入聚丙烯纖維時，纖維在砂漿中的分布在每立方米1.2 kg的摻量時可達到30根/cm3，使得裂縫尖端的發展受到限制，裂縫只能繞過纖維或把纖維拉斷來繼續發展，這需消耗很大的能量來克服纖維對裂縫發展的限制作用，即使開裂其寬度也要受到纖維的限制。纖維的摻量越大，這種限制作用越強。而在普通砂漿中，裂縫的尖端沒有受到這樣的限制作用，可以自由發展，這就使得普通砂漿中的裂縫比加入纖維的砂漿中的裂縫要寬、要長。對于水灰比為0.35，0.48的兩類混凝土，摻入纖維后，單位面積上的開裂總面積分別降低了51.7%，50.6%，基本相同，說明本試驗所采用摻量對于水灰比不同的混凝土來說，其抗裂效果是大致相同的。

3 結語

1)在混凝土中摻入網狀聚丙烯纖維，可明顯減少收縮裂縫的產生，改善混凝土的抗裂性能。本試驗條件下，對于水灰比為0.35，0.48的兩類混凝土，摻入纖維后，單位面積上的開裂總面積分別降低了51.7%，50.6%。

2)水灰比小的高性能混凝土的早期裂縫值得注意，應注意其早期養護。

[1] 袁震宇,吳慧敏,楊建西.聚丙烯纖維對砂漿抗裂性能影響的試驗研究[J].混凝土與水泥制品,1996(6):41-42.

[2] 中國工程院土木水利與建筑學部工程結構安全性與耐久性研究咨詢項目組.混凝土結構耐久性設計與施工指南[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[3] 巴恒靜,高小建.約束條件下高性能混凝土的早期開裂[J].混凝土,2002(5):3-6.

[4] 文梓蕓，楊醫博.化學外加劑和礦物摻合料對水泥砂漿干縮與開裂影響的研究[M].北京：化學工業出版社,2004.

[5] 姚 燕.高強混凝土早期收縮開裂影響因素的研究[M].北京：化學工業出版社,2004.

[6] 高小建,巴恒靜,祁景玉.混凝土水灰比與早期收縮特性關系的研究[M].北京：化學工業出版社,2004.

[7] 黃承逵.纖維混凝土結構[M].北京：機械工業出版社,2004.

Influence of reticulate polypropylene fiber on cracking of concrete at early age

Meng Guiping

(ChunchengCoalMineSurveyandDesignCo.,LtdofShanxi,Taiyuan030024,China)

Study was made on effect of reticulate polypropylene fiber on cracking of ordinary concrete and performance concrete at early age by using plate restrain model. The result indicated that the fiber mixed in the concrete can effectively restrain and retard the cracking tendency at early age, thin the crack. In the condition of test, the effect of restrain crack of the fiber is comparative for the two specimens.

ordinary concrete， high performance concrete, reticulate polypropylene fiber， cracking at early age

2015-03-05

孟貴平(1978- )，男

1009-6825(2015)14-0115-02

TU528

A