聚烯烴粗纖維混凝土抗氯離子滲透性試驗研究

蔡 蕊

（中國城市建設研究院有限公司 100120）

聚烯烴粗纖維混凝土抗氯離子滲透性試驗研究

蔡 蕊

（中國城市建設研究院有限公司 100120）

本文針對純水泥混凝土、添加40%礦渣和60%礦渣的混凝土，通過加速氯離子非穩態擴散試驗、鹽溶液長期浸泡試驗，研究聚烯烴粗纖維對其抗氯離子滲透性能的影響。通過研究表明：純水泥混凝土添加聚烯烴粗纖維對氯離子在混凝土中的擴散滲透沒有太大影響；在礦渣混凝土中添加聚烯烴粗纖維，摻量在0.4-0.8%的情況下，氯離子的滲透性基本不變，再增加摻量擴散系數反而略有增加。因此，纖維的加入對混凝土的耐久性影響甚微。

聚烯烴粗纖維、滲透性試驗、礦渣混凝土

1 前言

聚烯烴粗纖維是用改性聚丙烯或聚丙烯與聚乙烯的共聚物制成的直徑大于0.1mm的合成纖維。此纖維的硬挺性好，可均勻的分散在混凝土中，對酸、堿與氯鹽等有很高的耐蝕性[1]。目前國內外對聚烯烴粗纖維混凝土的研究主要集中于力學性能。通過研究發現，加入聚烯烴粗纖維可以減小混凝土的裂縫寬度，提高硬化混凝土的抗裂性能；提高混凝土的延性，使混凝土在出現裂縫后仍具有一定的承載與變形能力；可以吸收破壞能量，較大幅度地提高混凝土的韌性、抗沖擊性與抗疲勞性能[2～5]。但是對聚烯烴粗纖維混凝土的耐久性研究較少。本文通過試驗著重研究聚烯烴粗纖維混凝土的抗氯離子滲透性，為纖維的進一步應用提供理論基礎。

2 試驗研究

2.1 試驗材料

本研究所用的水泥為PI水泥，礦渣為超細礦渣，比表面積為600 m2/kg。粗骨料比重為2.65，吸水率為1.44%，最大粒徑為19mm，細度模數為6.59。細骨料比重為2.02，吸水率為1.58%，最大粒徑為4.75mm，細度模數為2.62。

聚烯烴粗纖維是由美國3M公司生廠的，此纖維集合了鋼纖維和化學纖維的優點，充分發揮了二者的長處，在工程中取得了良好的效果。

2.2 混凝土配合比

試驗共設計了12組配合比，水膠比為0.55，固定砂率為36%，凝膠材料用量為367 kg/m3。混凝土中摻加的礦渣采用等量取代法分別取代水泥重量的40%、60%。在此基礎上，聚烯烴粗纖維按體積比摻加0.4%、0.8%、1.6%。具體試驗配合比如表1所示。

表1 試驗配合比方案 (kg/m3)

2.3 試驗方法

本研究采用了兩種測試氯離子滲透性的方法：加速氯離子非穩態擴散試驗（Rapid Chloride Migration Test，RCMT），鹽溶液長期浸泡試驗（Ponding Test，PT）。RCMT依據NT BUILD 492規范進行，試件切割成φ100mm×50mm的圓柱，根據初始電流，確定合適的電壓及通電時間，通電結束后，軸向劈裂，噴硝酸銀溶液，測量滲透深度，計算氯離子非穩態擴散系數。PT依據AASHTO T259規范進行，試件為φ100mm×200mm的圓柱，側面密封，頂部底部暴露，在頂部加入20mm高3%的氯化鈉溶液自然浸泡91天，噴涂硝酸銀溶液，軸向劈裂，測量滲透深度，計算非穩態擴散系數。

3 試驗結果及討論

3.1 加速氯離子非穩態擴散試驗

根據滲透深度，可以計算出氯離子非穩態擴散系數Dnssm，如圖1所示。在混凝土中摻加礦渣，顯著地降低了氯離子的擴散系數，且隨著礦渣摻量及混凝土強度的增加，氯離子擴散系數降低，混凝土抵抗氯鹽侵蝕的能力增加。在純水泥混凝土中添加聚烯烴粗纖維，氯離子的擴散系數略有增加。在礦渣混凝土中加入聚烯烴粗纖維，氯離子非穩態擴散系數略有下降。這主要是因為成千上萬根纖維分散在混凝土內部，形成了復雜的三維亂向體系，可以有效抑制混凝土中骨料的下沉，提高混凝土的勻質性，減少固有缺陷，阻隔水分溢出的通道，延緩了水分的散失，減少了混凝土的收縮裂縫。同時，纖維加入混凝土，當混凝土在凝結過程中產生拉應力時，纖維可以使混凝土內部應力分布更加均勻而且也抵消了部分內部應力，抑制了裂紋的產生和發展，從而提高了混凝土的抗氯離子滲透能力。但是，混凝土中加入纖維，纖維表面與混凝土之間會有微孔隙，增加擴散。考慮兩方面的因素后，影響不大。

圖1 RCMT所得Dnssm值

3.2 鹽溶液長期浸泡試驗

本試驗是模擬現實狀態下聚烯烴粗纖維混凝土氯離子滲透的情況，測得的91天氯離子滲透深度如圖2所示。在對照組中，氯離子滲透的深度比較大，密實性不好。添加了聚烯烴粗纖維之后，其滲透深度改變不大。

在礦渣混凝土中添加纖維，其滲透深度改變也不明顯。G40混凝土中，添加0.4%纖維，滲透深度略有下降；G60混凝土中，添加0.4%、0.8%纖維滲透深度下降，但幅度都較小。圖3為不同配比的混凝土隨著纖維摻量的增加，擴散系數Dnssm值的改變。在此圖中，Dnssm曲線較緩和，起伏不大，可知三組配合比的混凝土，添加纖維，其抗氯離子滲透的能力變化甚微。纖維的加入對混凝土結構抗氯離子滲透的能力并沒有太大影響，可以在實際工程中使用。

圖2 氯離子滲透深度比較圖

圖3 T所得Dnssm值

4 結論

（1）在混凝土中摻加礦渣可以顯著降低氯離子的擴散系數，且隨著礦渣摻量及混凝土強度的增加，氯離子擴散系數降低，混凝土抵抗氯鹽侵蝕的能力增加。

（2）在純水泥混凝土中摻加聚烯烴粗纖維對氯離子擴散基本無影響。

（3）在礦渣混凝土中摻加聚烯烴粗纖維，相同配比情況下，纖維的影響也不大，摻量在0.4-0.8%的情況下基本不變，再增加摻量擴散系數反而略有增加。

[1]龔益，沈榮熹，李清海. 杜拉纖維在土建工程中的應用[M]. 北京：機械工業出版社，2002.10.

[2]李建輝. 粗合成纖維混凝土力學特性及其細觀增強機理[D]. 北京工業大學. 2006

[3]王曉飛，丁一寧. 聚丙烯粗纖維混凝土軸拉性能的試驗研究[J]. 混凝土. 2011（1）

[4]王伯昕，黃承逵. 粗合成纖維混凝土抗裂與抗沖擊性能試驗研究[C]. 第十一屆全國纖維混凝土學術會議論文集

[5]鄧宗才，師亞軍，焦紅娟. 聚烯烴粗纖維混凝土梁的抗彎沖擊特性研究[J].混凝土與水泥制品. 2010（2）

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1007-6344（2015）04-0293-02