聚丙烯纖維對高性能混凝土抗折、抗沖擊性能影響研究

1、聚丙烯纖維對高性能混凝土抗折、抗沖擊性能影響研究     摘要：本文研究了不同摻量聚丙烯纖維高性能混凝土的抗折強度、脆性和抗沖擊性能。綜合論述了摻纖維對高性能混凝土抗折強度、脆性、抗沖擊性能和影響，探討和分析了高性能水泥基纖維復合材料脆性下降、抗沖 .                    摘要：本文研究了不同摻量聚丙烯纖維高性能混凝土的抗折強度、脆性和抗沖

2、擊性能。綜合論述了摻纖維對高性能混凝土抗折強度、脆性、抗沖擊性能和影響，探討和分析了高性能水泥基纖維復合材料脆性下降、抗沖擊性能提高的機理。試驗證明：高性能混凝土中摻纖維能顯著降低混凝土的脆性和提高混凝土抗折強度。關鍵詞： 高性能混凝土、 聚丙烯纖維網(wǎng)、抗折強度、 脆性、抗沖擊性。一、前言高性能混凝土不僅要有良好的強度性能，還應有優(yōu)異的耐久性能和適宜的工作性能，以滿足目前和未來的大規(guī)模重混凝土工程的施工需要，經(jīng)過大量的試驗研究，我們應用硅灰和粉煤灰配制出高性能混凝土，這種混凝土不僅具有很高的強度，而且工作性好，硬化混凝土的抗凍融性能、抗?jié)B透性能和抗侵蝕性能優(yōu)異。但脆性大、抗沖擊性差是影響高性能

3、混凝土實際應用的一個重要因素。有研究認為，自收縮開裂，濕脹開裂和脆性是目前高性能混凝土亟待解決的重要問題。本文將采用聚丙烯纖維來改善高性能混凝土脆性和抗沖擊性能。二、 實驗方法1. 原材料1.1 水泥采用三航局小野田水泥有限公司525#普硅水泥，其化學成分及力學性能列于表1和表2中。表1 水泥的化學成分（Table 1. Chenical Composition of cement）    Chemical Composition    SiO2    Fe2O3 

4、   AL2O3    CaO    MgO    Percentage Composition by mass    22.50    2.91    4.46    64.74    1.47 表2 水泥的物理力學性能（Table2. Physi

5、cal and mechanical properties of cement）    Setting time/h:min    Flexual Strength(Mpa)    Compressive Stength(Mpa)    initial setting    Final Setting    3d    

6、;28d    3d    28d    1:10     2：25     6.06    8.50    36.9    63.4 表2 水泥的物理力學性能（Table2. Physical and mechanical properties of cement）1.2 摻合

7、料試驗采用化聯(lián)外加劑廠提供的硅灰、化學成分列于表3中。減水劑采用五四助劑廠生產(chǎn)的SN-11高效減水劑。表 3 硅灰的化學成分（Table3. Chemical Composition of fume）    Chemical composition    SiO2    Fe2O3    AL2O3    CaO    MgO  

8、0; SO3    燒矢量    Percentage Composition by mass    91.0    0.9    1.7    0.4    0.8    0.3    2.1 1.3 集料粗集料采用5-8mm的

9、石英碎石，細集料采用標準石英砂。1.4 聚丙烯纖維聚丙烯纖維采用美國Fibermesh纖維，其物理性能列于表4.表4. 聚丙烯纖維網(wǎng)的物理性能（Table4. Physical properties of polypropylene fibermesh）    water absorption    無    specific gravity    0.91    length of fiber(

10、mm)    12-19    melting temperature()    160-170    firing temperature()    590    conductivity    低    thermal conductivity  

11、0; 低    acid and alkali resistance    高    tensile strength (Mpa)    560-770    Elastic Moduli(Mpa)    350 2.試驗方法抗折、抗壓強度試驗按GB177-85水泥膠砂強度度試驗方法進行。用水量是采用標準稠度用水量，其標準稠度及凝結時間均按GB13

12、4-77水泥標準稠度用水量進行。耐磨試件尺寸為15cm×15cm×7cm.磨損試驗采用GLM-200鋼輪式混凝土磨損試驗機，試驗方法按GB/T12988-91無機地面材料耐磨性試驗方法進行。耐磨性用長度L表示，單位mm，耐磨實驗每組5塊，取十次實驗平均值?？箾_擊性試件尺寸為15cm×15cm×5cm，每組共5個試件。將8kg重的鋼球從25cm高度自由落下，當試件裂縫寬度大于3mm時，記錄沖擊次數(shù)，試驗結果取中間3個數(shù)據(jù)的平均值。三、結果與討論1. 聚丙烯纖維網(wǎng)對高性能混凝土脆性影響高性能混凝土的強度和耐久性主要受水灰比和礦物聚合物的影響，當水灰比（W/C

13、）定時，礦物摻合料摻量將直接影響到高性能混凝土上的各種物理力學性能。而摻聚丙烯纖維可以改善高性能混凝土各種物理性能。表5是高性能混凝土改變纖維摻量（0、0.1%、0.15%）對混凝土強度影響。表5 高性能水泥基聚丙烯纖維網(wǎng)復合材料強度（Table5. strength of polypropylene Fibermesh reinforced high performance composite material）    Sample    SF%    PFM Volume

14、    compresive strength(MPA)    Flexural strength(MPA)    R 3    R 28    R 3    R 28    1    0    0   

15、60;36.9    63.4    5.31    8.53    2    5    0    43.0    73.9    5.45    9.05   

16、0;3    10    0    47.5    82.4    6.06    9.82    4    0    0.1    29.3    60.8&

17、#160;   5.36    8.59    5    5    0.1    29.9    61.3    5.33    8.72    6    10 

18、;   0.1    32.4    66.9    5.45    9.25    7    0    0.15    38.4    68.5    6.08

19、0;   9.35    8    5    0.15    39.9    77.7    6.28    11.02    9    10    0.15 

20、   47.4    82.3    7.55    12.52 SF-silica fume PFM-polypropylene Fibermesh實驗結果表明：當水灰比（w/c）一定時，混凝土力學性能隨摻量增加而提高，與此同時混凝土的耐久性能也大幅度提高。但硅灰摻量變化對混凝土抗壓、抗折強度影響程度是不一樣的。由表中數(shù)據(jù)可以看出，當硅灰從0-10%混凝土抗壓強度提高30%以上，而抗折強度僅僅提高15%左右，這樣高性能混凝土的脆性就隨之顯著提高

21、。2. 聚丙烯纖維網(wǎng)對高性能混凝土抗沖擊性影響聚丙烯纖維網(wǎng)對高性能混凝土抗沖擊性具有較大影響。由實驗數(shù)據(jù)可知，在高性能混凝土中摻加纖維可以顯著改善混凝土的抗沖擊性能。高性能混凝土的抗沖擊性能隨纖維摻量增加而明顯提高，混凝土抗沖擊性提高與纖維摻量成正比。此外纖維高性能混凝土的抗沖擊性能隨混凝土基材料強度的提高而增長。因此，纖維與高性能混凝土基村復合是配制高性能水泥基復合材料的主要技術途徑之一。3. 聚丙烯纖維對高性能混凝土增折與抗沖擊性能改善的機理初探綜上所述，在高性能混凝土中摻入聚丙烯纖維后能顯著提高混凝土抗折強度和抗沖擊性能，其抗沖擊性能的提高尤為顯著。究其原因，在于纖維的阻裂效應。實際上高

22、性能混凝土從無缺陷理想狀態(tài)來講，其抗壓、抗折強度增長幅度應該是基本一致的。之所以高性能混凝土抗壓強度提高幅度大大地大于抗折強度提高幅度，原因就在于高性能混凝土內部存在不同尺度。由于高性能混凝土脆性及自收縮等造成內部存在不同尺度的微裂縫，而微裂縫對抗折強度的影響遠大于抗壓強度。由于高性能混凝土脆性及自收縮等造成內部存在不同尺度的微裂紋，在結構形成過程中，聚丙烯纖維阻止了這些裂縫的引發(fā)，從而減少了裂縫源的數(shù)量，并使裂縫尺度變小，這就降低了裂縫尖端的應力強度因子，緩和了裂縫尖端受力集中程度，在受力過程中，又抑制了裂縫的引發(fā)與擴展。這樣就可以充分發(fā)揮高性能混凝土高抗折強度效應，這就是纖維能大幅度提高高性能混凝土抗折強度而不能提高其抗壓強度的原因。但為了充分發(fā)揮纖維混凝土阻裂效果，必須加強界面粘結性能，而界面粘結特性又直接受水灰比（w/c）和硅灰的影響。（1）減小w/c對界面區(qū)影響w/c的大小是影響聚丙烯纖維與混凝土基材、集料與水泥石界面的粘結主要因素。界面粘結與界面區(qū)微觀礦物組成和其結構密切相關。當w/c較大時，混凝土集料和纖維界面區(qū)域內由于泌水等原因使局部w/c增大，使表層界面區(qū)域的w/c比基材大得多，離子濃度低，由于離子擴散及晶體生長等因素，Ca（O