聚丙烯纖維自密實(shí)混凝土的性能研究及應(yīng)用

王杰 彭麗君 薛曉鵬

摘 要：本文通過對C50自密實(shí)聚丙烯纖維混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計，研究聚丙烯纖維混凝土的工作性能和力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維;自密實(shí)混凝土;工作性能;力學(xué)性能

中圖分類號：TU528.57 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 前言

自密實(shí)混凝土是指拌合物具有良好的工作性，即使在密集良好配筋情況下僅靠混凝土自重作用而無需振搗便能均勻密實(shí)成型的高性能混凝土。因此自密實(shí)混凝土在一些特殊工程，特殊條件下可發(fā)揮普通話混凝土不可替代的作用，如：密集配條件下的混凝土施工，結(jié)構(gòu)加固與維修過程中的混凝土施工等。然而自密實(shí)混凝土水膠比低、砂率較大，自身的收縮比普通混凝土通常要大，易開裂。在自密實(shí)混凝土中加入纖維，可以改善自密實(shí)混凝土的性能。

廣東中開高速火炬東服務(wù)區(qū)三號橋第九聯(lián)現(xiàn)澆梁部分采用澆筑10 cm厚C50自密實(shí)聚丙烯纖維混凝土進(jìn)行加寬處理，由于澆筑面積比較大，鋼筋比較密，對混凝土的自密實(shí)效果要求比較高。本文對C50自密實(shí)聚丙烯纖維混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計，研究聚丙烯纖維混凝土的工作性能和力學(xué)性能。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

從原材料選材入手，嚴(yán)格剔除不合格材料，確保材料滿足要求，最終選定材料如下：水泥采用P.O52.5華潤潤豐水泥，粉煤灰滿足Ⅰ級灰要求，礦粉為S95級，選用運(yùn)城市澳神建材有限公司生產(chǎn)的AS-8膨脹劑，粗集料為5 mm～16 mm廣西武宣生產(chǎn)的反擊破碎石，細(xì)集料為廣東西江中粗砂，纖維選用重慶盛諾恒新材料科技有限公司生產(chǎn)的TDPPF-M-19聚丙烯單絲纖維，外加劑為AS-HPC聚羧酸高性能減水劑。各種材料檢測指標(biāo)見表：

1.2 混凝土配合比

依據(jù)《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012和《自密實(shí)混凝土設(shè)計與施工指南》CCES02-2004的有關(guān)要求及設(shè)計方法采用體積法進(jìn)行配合比設(shè)計及試拌。

普通自密實(shí)混凝土的基準(zhǔn)配合比為：水膠比0.30，膠凝材料用量550 kg/m3，其中粉煤灰占膠凝材料的15%，礦粉占膠凝材料的15%，砂率 46%，細(xì)集料746 kg/m3，粗集料861 kg/m3，高性能減水劑為膠凝材料用量的1.0%～2.0%，纖維自密實(shí)混凝土的配合比為在基準(zhǔn)配合比中直接摻入聚丙烯纖維：0.6 kg/m3、0.9 kg/m3、1.2 kg/m3。

1.3 試驗(yàn)方法

混凝土拌和試驗(yàn)過程如下：將稱好的骨料、膠凝材料倒入攪拌機(jī)干拌1 min～2 min，加入纖維再干拌1 min～2 min，接著加入高效減水劑和水拌和2 min左右，停止攪拌并觀察是否有離析，纖維成團(tuán)等狀況，并進(jìn)行工作性檢測。

按照規(guī)程分別采用坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)和V型漏斗試驗(yàn)、U型儀對聚丙烯纖維自密實(shí)混凝土的工作性能進(jìn)行檢測。

坍落擴(kuò)展度采用標(biāo)準(zhǔn)坍落度筒和一塊1 000 mm×1 000 mm的硬質(zhì)不吸水鋼板進(jìn)行測試，試驗(yàn)過程中須保證鋼板潤濕，從開始裝料到提離坍落度筒的整個過程應(yīng)不間斷進(jìn)行，且不施以任何搗實(shí)與振動，在150 s內(nèi)完成。

V型漏斗試驗(yàn)測定自密實(shí)混凝土的稠度和填充性，以兩次試驗(yàn)混凝土全部流出時間的算數(shù)平均值作為V型漏斗試驗(yàn)結(jié)果。潤濕V型漏斗，將混凝土拌合物由漏斗的上口平穩(wěn)的一次性填入漏斗至滿，裝料整個過程不應(yīng)攪拌或振搗，并用刮刀沿漏斗上口將混凝土拌合物試樣的頂面刮平，靜置10 s，打開出料口密封蓋，測量漏斗內(nèi)混凝土全部流出的時間。

設(shè)置鋼筋柵的U型儀，可以用來反應(yīng)混凝土拌合物在有阻擋情況下的抗離析性能和鋼筋通過能力。潤濕U型儀，用混凝土將前槽填滿抹平，靜置1 min后，提起閘板使混凝土流進(jìn)后槽。當(dāng)停止流動后，分別測量前后槽混凝土的高度，計算填充的高度差h。

當(dāng)新拌混凝土的坍落度擴(kuò)展度為650±50 mm，V型漏斗通過時間5 s～15 s，U型儀≤30 mm滿足自密實(shí)混凝土設(shè)計要求。試驗(yàn)結(jié)果見表：

由表可知，隨著纖維摻量的增加，會導(dǎo)致新拌混凝土擴(kuò)展度減小，U型儀h增大，聚丙烯纖維自密實(shí)混凝土工作性能逐步降低。當(dāng)纖維摻量大于1.2 kg/m3時，新拌混凝土的工作性已達(dá)不到規(guī)程相關(guān)要求。

1.4 混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

試驗(yàn)按照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》成型100 mm×100 mm×100 mm立方體試件，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，測其強(qiáng)度值。

聚丙烯纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著纖維量的增加，聚丙烯纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度略有降低，劈裂抗拉強(qiáng)度明顯提高。聚丙烯纖維自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響主要與纖維-混凝土基體界面有關(guān)，聚丙烯纖維摻入后，界面薄弱層增多，導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度有所降低。聚丙烯纖維通過發(fā)揮阻裂作用，有效提高了自密實(shí)凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。

最后選定滿足規(guī)范及設(shè)計要求的最佳狀態(tài)為最終推薦配合比，如表10。

2 工程應(yīng)用

廣東中開高速火炬東服務(wù)區(qū)三號橋第九聯(lián)現(xiàn)澆梁部分采用C50自密實(shí)聚丙烯纖維混凝土進(jìn)行加寬處理，澆筑不同部位分別進(jìn)行工作性能和抗壓強(qiáng)度檢測。檢測結(jié)果見表11。

混凝土的泵送性能優(yōu)良，在攪拌出槽后纖維分散均勻，沒有絮凝成團(tuán)現(xiàn)象，拌合物表現(xiàn)出良好的保水性和黏聚性。現(xiàn)場纖維混凝土外觀質(zhì)量光潔，無肉眼可見裂紋。

3 結(jié)論

聚丙烯纖維自密實(shí)混凝土具有良好的工作性能，力學(xué)性能，適合于結(jié)構(gòu)加固和復(fù)雜難以澆筑的部位，聚丙烯纖維和膨脹劑二者的復(fù)合疊加效應(yīng)可有效抑制混凝土的開裂，該材料的應(yīng)用使得結(jié)構(gòu)外觀光滑，無蜂窩麻面等現(xiàn)象，是一種理想的建筑加固材料。

參考文獻(xiàn)：

[1]《自密實(shí)混凝土設(shè)計與施工指南》CCES02-2004[S].

[2]《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012[S].

[3]何小兵，卓儀.聚丙烯纖維自密實(shí)混凝土工作性及強(qiáng)度性能研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，12.