混杂纤维混凝土抗裂及抗渗性能试验研究.doc

混杂纤维混凝土抗裂及抗渗性能试验研究摘要：本文在“最紧密堆积”设计理论的基础上，研究了耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维二元混杂掺入混凝土中对混凝土基本力学性能、早期抵抗塑性开裂及后期抗氯离子渗透性能的影响。0引言混凝土作为一种历史悠久的重要建筑材料，在建筑工程的各个领域都发挥了独一无二的作用。但是混凝土作为一种脆性材料，其最大的一个缺点就是抗拉强度和极限拉应变较低，因此在一定程度上限制了它的广泛使用。吴中伟院士曾经指出，复合化是今后提高混凝土等水泥基材料性能的主要途径，而纤维增强是其核心[1]。混凝土的抗裂性关系到混凝土的使用寿命,纤维的掺入使水泥基抗裂能力得到提高，由于混凝土自身具有多相、多组分、多尺度层次的非均质结构特征，单一纤维增强作用是有限的,而不同尺度和不同性能的纤维混杂增强，使其在混凝土中不同结构和不同性能层次上逐级阻裂与强化，充分发挥各个纤维的尺度和性能效应，并在不同尺度和性能层次上相互激发、相互补充，达到取长补短、造就高性能，以及提高抗裂能力进而提高混凝土的耐久性的目的。文中讨论了两种不同模量的纤维（耐碱玻璃纤维/聚丙烯纤维）共同掺入混凝土中，对混凝土早期抗裂的影响以及后期渗透性等耐久性能的影响。1原材料及试验方法1.1试验用原材料粉煤灰：哈尔滨三电厂生产的Ⅱ级粉煤灰。集料：粗集料采用的是5mm~10mm的碎石；细集料为细度模数为2.8的中砂。纤维：聚丙烯纤维是张家港聚丙烯纤维总厂生产的短切单丝纤维，推荐掺量为900g/m3。耐碱玻璃纤维采用的是北京斑驳斯特克斯公司生产的ARW70型玻璃纤维纤维，推荐掺量为600g/m3。纤维的技术指标见表1-1~1-3。外加剂：黑龙江省寒地研究院生产的UNF－5高效减水剂，减水率为18%~20%。表1耐碱玻璃纤维的化学组成化学组成SiO2Na2OCaOK2OAl2O3ZrO2TiO2Li2O含量(%)62.014.85.6—0.816.70.1—表2耐碱玻璃纤维的物理性能长度(mm)单丝直径(μm)弹性模量(GPa)抗拉强度(MPa)断裂延伸率(%)密度(g/m3)12147534003.62.70表3聚丙烯纤维物理性能长度(mm)细度(tex)弹性模量(GPa)抗拉强度(MPa)断裂延伸率(%)密度(g/cm3)15-191.783.5≥2808.00.91混凝土配合比如表4所示。表4混凝土配合比(kg/m3)原材料水泥粉煤灰石砂水耐碱玻纤聚丙烯纤维用量2761459668211811.10.91.2试验方法依据GBJ81-85《普通混凝土力学性能试验方法》测定混凝土抗压和抗折强度，通过对混杂纤维混凝土混杂系数的探讨，确定其力学性能上的混杂效果；依据圣·乔治州立大学的PaulP.Kraai教授所提出的砂浆及混凝土干燥收缩裂缝测试方法[4]进行试验，比较纤维单掺与混合掺加对混凝土早期塑性收缩性能的影响（试验模具见图2）；依据GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，通过NEL法进行Cl-渗透试验分析比较单掺与混合掺入纤维对混凝土渗透性能的影响。塑性收缩试验装置2试验结果与分析2.1纤维混杂对混凝土力学性能的影响在表征混杂纤维对混凝土力学性能的作用时，有研究者引入混杂系数这一概念来比较混杂效果的好坏[5]。通过混杂系数可以方便地得到纤维掺量匹配时对混凝土强度的影响，当时为正混杂效应，当时为负混杂效应。试验结果如表5、表6所示。定义纤维掺入导致的纤维增强混凝土相对于基准混凝土的强度增强系数为(2-1)式中，和分别是纤维增强混凝土和基准混凝土的强度，MPa。记单掺聚丙烯纤维(PP)混凝土、单掺玻璃纤维(GF)混凝土和混杂纤维混凝土(PG)的抗压、劈裂抗拉强度增强指标分别为，；，；，。高模量纤维和高延性纤维混杂在一起后，其增强效应应考虑两种纤维在单一状态下对水泥基材料增强作用的乘积，混杂系数可采用差值法或比值法定义。本文采用的是比值法，定义聚丙烯纤维与玻璃纤维的混杂系数如下：(2-2)(2-3)式中，，分别为混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的混杂系数。从混杂系数的结果表5可以看出，聚丙烯纤维(PP)与玻璃纤维(GF)混杂抗压强度的混杂系数为7d：0.97，28d：0.98，均呈现负混杂效应，但从强度的绝对降低值来看并不影响其力学性能；对混凝土劈裂抗拉强度的混杂系数为7d：1.02，28d：1.08，均呈现正效应，聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维混合增强混凝土对混凝土劈裂抗拉强度的提高有积极作用，从表6中可以看出28d劈裂抗拉强度表5混杂纤维对混凝土抗压强度的影响掺加形式7d（MPa）强度增强系数β混杂系数α28d(MPa)强度增强系数β混杂系数α单掺PP31.60.920.9764.50.980.98单掺GF33.90.9964.90.97混掺30.40.8962.20.95空白34.2