聚丙烯纤维再生混凝土（精选8篇）

聚丙烯纤维再生混凝土 第1篇

1 试验设计

1.1 试验原材料

水泥采用P·O42.5级水泥。试验实测3d抗压强度32.8MPa、抗折强度6.7MPa,27d抗压强度58.7MPa、抗折强度9.2MPa。

碎石:人工碎石,粒径为4.7mm~9.4mm、9.4mm~15.5mm、15.5mm~24.00mm三种颗粒级配,表观密度为2680kg/m3,堆积密度为1420kg/m3,吸水率为0.48%,压碎指标为9.59%。级配符合规范要求。砂:中砂,细度模数为2.6,含泥量为1.9%,非活性集料,级配合格。所测性能指标均满足配制混凝土的要求。粉煤灰:整个实验当中所使用的粉煤灰均是由我国西部地区的大型发电厂采购而来,质量绝对有保证,并且产品指标也符合国家相关技术部门设定的等级标准。聚丙烯纤维:整个实验研究过程当中使用的纤维大致包括两种,一种是细纤维,另外一种就是粗纤维。他们由于质地上存在一些差异,同时产地也不同,通过对二者在实验当中的比较,最终选择一种性价比最高的纤维作为再生骨料的主要原材料。

1.2 试验方案

实验当中对于混凝土的强度等级要求非常严格,规定的等级为C25,对于水和灰的要求也很严格,要求达到国家相关的技术等级标准。对于混凝的配置比例详细可以见一下公式:水∶水泥∶粉煤灰∶碎石∶砂=160∶197∶132∶1267∶682。

整个实验为了研究出最佳方案,对于纤维的含量以相关搭配也是制定出了好几种的搭配方案,其中包括把粗纤维掺量设置为0~8kg/m3;粗细混掺纤维分别为(3.5粗+0.5细)kg/m3,(5.5粗+0.5细)kg/m3。

冻融循环试验方案:国家相关方面的技术等级标准对于混凝土冻融实验的要求非常严格,具体的方法可以参照《水泥混凝土抗冻性试验方法(快冻法)》(T0565-2005)这个标准,这个标准是国家对于整个混凝土冻融方案的最佳标准。实验当中对于温度和湿度的要求额比较严格,可以采用三个大的容器,具体的体积大致为100mm×100mm×400mm,同时对于容器的放置地点也有要求,必须要放在标准养生室,试验时间为二十八天,在试验结束前四天,可以在20度左右的石灰水当中浸泡,对于水面与容器的高度要求二者相差两厘米。但是在出现下面几种情况的时候,冻融实验就得被迫停止,因为即便是达到21天期限也没有任何使用价值了。具体的情况如下:(1)冻融至300次循环;(2)试件的相对动弹性模量下降至60%以下;(3)试件的质量损失率达5%。

2 冻融循环试验结果及分析

2.1 混凝土在冻融循环下的质量损失

其实快速冻融对于混凝土的质量损害是非常大的,通过不断的循环冻融,次数越多,混凝土表层的脱落现象越严重。当循环次数多达七十次以上的时候,混凝土的表面开始变得特别粗糙,并且出现脱皮现象,这时候骨料开始外露。当继续循环,循环次数达到一百二十次以上的时候,混凝土的表面就变得特别的松软,并且出现一些小孔,很多骨料外露现象特别严重。这就说明了一个问题,冻融循环之后,掺杂纤维会使其脱落更厉害,尤其是惨杂了混杂纤维的,损伤是最最严重的。

通过实验结果可以看出:混凝土通过在水中做冻融循环,然后它的表面就会出现蓬松然后脱落,循环次数与脱落现象成正比。通过几组实验结果可以看出,惨入加粗纤维的混凝土表面脱落比较严重,并且脱落程度与掺入量成正比。通过实验结果对掺杂粗纤维和混杂纤维结果进行对比,可以非常直观的看出,掺杂混杂纤维的损坏更为严重,对混凝土质量的影响更大些。

2.2 混凝土在冻融循环下的相对动弹性模量演化规律

同时相关的技术人员也做了这样的一组实验,通过对完好的混凝土和冻融之后出现损伤的混凝土的波形进行检测,被冻融作用损害过的混凝土的超声波明显出现了异常。通过下图,可以看出这样的结果,混凝土的相对弹性也受到冻融作用的影响,随着冻融循环的不断增加,其相对弹性也在不断的降低。初期弹性下降不太明显,随着循环次数的不断增加,弹性下降速度越来越快。而掺杂过混杂纤维的混凝土的相对弹性不断的在增加,纤维量越大其弹性就越大。以下是不同的掺杂量在冻融循环次数不断增加的过程中相对弹性的表现值。主要选取了从0-8千克每立方米的不同含量对相对弹性的印象的坐标分析图。通过坐标图我们可以非常直观的看出混凝土当中掺杂粗细纤维对于混凝土弹性的影响程度。从图上可以看出掺杂混杂纤维的比掺杂粗纤维的在冻融循环次数增加过程当中,混凝土的相对弹性更高一些。

2.3 混凝土冻融循环下动弹性模量演化规律

同时又做了另外一组试验,那就是通过混凝土动弹性模量仪对混凝土的动弹性进行检测。试验结果可以看出,混凝土随着冻融循环的不断增加,其动弹性开始呈现一种下降的趋势。而通过给混凝土当中惨杂一些纤维,可以提高其动弹性。从而使得混凝土的抗冰胀作用不断增强。

通过试验得知,混凝土的抗冻能力与掺入的纤维有着直接的关系,其中掺杂混杂纤维最能提高混凝土的实际寿命。

3 结论

通过上文当中的反复试验就可以得出这样的结论:在混凝土当中掺杂一些纤维会增加其抗冻能力,而加入混合纤维的抗冻性要高于粗纤维。加入纤维虽然会对混凝土的质量有所影响,但是会使得其相对弹性和动弹性双重增加。并且在冻融循环作用下,虽然混凝土的表面会出现脱落情况但是它的使用寿命总体来说是增强的。这样可以提高混凝土的抗冻能力,从而更好的延长我国建筑的整体使用寿命。

摘要：为响应国家“十二五”发展纲要,节约能耗,开发绿色环保型混凝土,二次利用废弃物,即再生骨料。对于再生骨料的研究主要的方法实这样的,那就是通过快速冷冻的方法,将掺改性聚丙烯仿钢丝纤维以及聚丙烯混杂纤维这两种含量的混凝土冷冻,然后在反复冷冻试验之后对于这两种含量的混凝土的质量,弹性等各个参考值进行比对,并总结在混凝土当中加入纤维对其抗冻能力的整体影响以及对于延长其使用寿命的相关影响等等。之所以要在混凝土当中加入改性聚丙烯仿钢丝纤维,主要的目的就是为了提高其使用性能,延长建筑的实际寿命和整体质量。

关键词：聚丙烯纤维,再生骨料,抗冻性

参考文献

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[2]刘双,石振武,李兆林,等.寒区聚丙烯纤维混凝土的抗冻性试验研究[J].黑龙江交通科技,2011(06):10-11.

[3]赵泽阳,牛荻涛,王晨飞,等.纤维混凝土在盐冻作用下的耐久性试验研究[J].建筑结构,2011(S2):177-179.

聚丙烯纤维再生混凝土 第2篇

【关键词】聚丙烯纤维 混凝土 巷道支护 应用

混凝土是工程施工过程当中应用非常广泛的材料，利用其凝固固化以后良好的力学性能可以承受较大的力，而且具有较长的生命周期，在各类工程建筑当中都充当着重要的角色。但是现在随着一些高强度、高刚度结构的出现，单纯的混凝土结构已经不能够满足这些建筑力学性能上的要求。所以，寻求一种更高强度的材料就成为工程当中面临的首要问题。

聚丙烯纤维的化学性能稳定，具有非常好的耐酸性和耐碱性；而且掺杂工艺简单、价格低廉，所以，在机场建设、公路铺设、桥梁以及码头建设中都得到了广泛的应用。如果将聚丙烯纤维与混凝土进行混合，并且进行相关的处理，例如加入一定比例的水性环氧树脂等，就会大大的加强混凝土和聚丙烯纤维两者的相容性，混凝土就能够很好的粘附在聚丙烯纤维的表面上，增加其力学上的性能。混合后的聚丙烯纤维混凝土结构具有更为优良的抗拉性能、抗压性呢过、抗裂性能以及防渗性能。

一、聚丙烯纤维混凝土的应用现状

（一）力学性能好，抗拉抗压强度高

在水灰比为0.6、聚丙烯纤维掺量为 1.2%时的聚丙烯纤维混凝土，其抗压强度可以达到10MPa以上，而且，随着聚丙烯纤维掺量的增加呈上升的趋势[2]。因为聚丙烯纤维的存在，使得混凝土中的结构变得更为的紧密，聚丙烯纤维混凝土凝固后，纤维的排列成一定的规律，由于纤维具有很好的抗拉强度，这时的聚丙烯混凝土结构如果承受一定的压力，那么就会以拉力的形式施加到聚丙烯混凝土结构上，聚丙烯纤维正好发挥了其优秀的抗拉性呢过，所以，聚丙烯混凝土结构的抗压强度和抗拉强度非常的高。正是基于这方面的性能，所以在桥梁的铺设、码头建设当中，聚丙烯纤维混凝土得到了广泛的应用。

（二）抗裂性能

聚丙烯纤维的存在对于混凝土的阻裂性能影响非常的明显，不同水灰比条件下，随着聚丙烯纤维掺量的增加，聚丙烯混凝土的抗裂强度呈直线水平上升，并且在聚丙烯纤维的含量为0.9%时达到最大值，之后便缓慢下降。相对于基准混凝土结构，掺加聚丙烯纤维混凝土的抗裂性能均有较大幅度的提高。

二、聚丙烯纤维在井下巷道支护中的应用

井下巷道支护工作过程中，经常会遇到高应力的软岩结构的情况，这种情况下巷道的支护工作难度大、安全性很那达到规定。金属支架等属于被动的支护方式，但是如果仅仅依靠金属支架自身的刚度和强度来支撑沉重的岩层压力，很难达到规定的要求，或者支护的结构非常的繁琐，影响正常工作的开展。锚杆、锚索等结构虽然是主动的支护，但是当岩体的结构易碎或者松散的情况下，就不太实用，很难满足支护的要求。

（一）井下巷道支护的机理

巷道在没有挖掘之前，处于最原始的应力状态。随着挖掘深度的增加，想到周围的岩体就会出现应力的集中现象，导致巷道周围的岩层松动并且应力朝向巷道中心。在冲击和挖掘的过程当中，会产生更大的应力集中和波动现象，如果这个力大于巷道岩体的承受极限，岩体就会失去平衡，导致巷道围岩的瞬间破坏。

井下巷道的支护正是基于巷道发生坍塌的情况，利用混凝土等形成一定的支护墙体或者支护面，从而来预防和阻止巷道的坍塌。聚丙烯纤维混凝土是聚丙烯纤维和混凝土按照一定的比例混合而成的，其中纤维作为一种基体材料，能够承受较大的拉应力和骑到防渗的效果。将聚丙烯纤维混凝土应用到井下巷道的支护中，能够最大限度的满足巷道支护的需要，大大的降低了巷道挖掘过程中的冲击和振动，保证了井下巷道周边围岩的稳定性。

通过对煤层巷道的观测，在巷道开挖时必须坚持放小炮控制围岩二次破坏，加强锚网支护的成型，从源头加固锚固拱，随采掘深度的增加，资源的减少，矿井的压力显现，巷道的使用寿命就睡随之而下降。只有依靠围岩自身控制采动力影响才能增加巷道服务年限。煤层中的巷道在受到煤矿采动影响，围岩应力高。在受力强烈影响期间，巷道围岩的应力集中，因此，采动影响是导致巷道支护显现严重的重要原因。

（二）聚丙烯纤维混凝土支护模型

井下巷道岩壁承受着由周边岩层的挤压应力，巷道的支护正是要用一定的手段来平衡或者抵消这个挤压应力。对于一个圆形的巷道壁，其周边的应力都是向着巷道的中心点位置，并且在巷道的顶端应力值达到最大。

将聚丙烯纤维混凝土应用到巷道的支护过程中，先用支架等将岩壁支撑起来，然后在巷道的周边浇筑一定厚度的聚丙烯纤维混凝土，待其凝固后，便形成了具有一定刚度和强度的支护壁，用来承受巷道周围的挤压应力。聚丙烯纤维混凝土的支护结构不仅具有传统的支架支护结构吸能减震的效果，而且还能够根据不同巷道的孔径大小而实行动态的浇筑，成为一个整体的支护壁，从而具有更高的强度。因而能够吸收更高的冲击能，大幅度的降低冲击造成的振动，保护岩体和支护结构的完整性。

由于聚丙烯纤维混凝土中纤维的排列方向是随即的，而纤维具有非常高的抗拉强度，所以，在支护壁面承受较大的压应力的情况下，对于支护壁面而言，压应力则分解成为径向的剪切应力和轴向的拉压应力，对于聚丙烯混凝土结构而言，其中的聚丙烯纤维承受了大部分的拉拉压应力，从而分担了了混凝土结构所承受的大部分的拉压应力，这样就大大的增加了支护避免的承压能力，这种支护结构可以承受非常大的支护应力。

正是基于以上的特点，聚丙烯纤维混凝土在井下巷道支护中表现出了非常优异的力学性能和经济性能。按照不同的使用要求，可以视情况的加入不同比例的聚丙烯纤维，从而来应用到不同的应力环境下，达到了经济上和性能上的最优配置。

参考文献：

[1]潘超，冯仲齐，陈凯. 低弹模聚丙烯纤维混凝土本构模型及力学性能研究[J]. 混凝土与水泥制品，2012， 5（5 ）：36-39 .

[2]李文林.塑性混凝土防渗墙技术综述[J]. 水利水电工程设计，1995，（3）：：54-59.

[3]夏可風.我国水工混凝土防渗墙技术进展[J].水利水电施工，2006（4）：4-8.

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聚丙烯纤维再生混凝土 第3篇

再生混凝土技术就是利用已废弃的混凝土块, 经破碎、清洗和分级, 再按一定的比例配合形成再生骨料, 以此再生骨料部分或全部取代天然骨料配制新混凝土的技术[1]。此项技术不但解决了部分环保问题, 而且最大限度地利用了资源, 符合建筑业可持续发展的战略, 是发展绿色生态混凝土的重要措施之一。

由于再生粗骨料表面粗糙、棱角多, 且表面包裹着相当数量的空隙大且吸水率高的水泥砂浆, 再加上混凝土块在解体、破碎过程中的损伤累积, 其内部存在大量微裂缝[2]。这些因素都使其表观密度降低, 吸水率、吸水速率、空隙率、压碎指标增大, 导致拌制的再生混凝土工作性能、力学性能、耐久性能等综合性能变差, 限制了其应用范围。

本研究就是通过在再生混凝土中掺入一定量的聚丙烯纤维, 利用纤维的一些特性, 改善再生粗骨料自身缺陷给混凝土带来的不利影响, 以期达到提高再生混凝土强度和改善抗裂、抗冲击、抗渗等性能的目的, 从而为工程实际提供理论依据。

1 原材料、配合比及试验方法

1.1 试验原材料

水泥:42.5R级普通硅酸盐水泥。

细骨料:河砂, 细度模数2.5, 含泥量2.3%。

再生粗骨料 (RA) :废弃路面混凝土, 经颚式破碎机破碎、清洗、分级后制得, 粒径5~25mm, 级配良好。其基本性能指标见表1。

外加剂:四川某公司产聚羧酸系高效泵送剂, 水剂浓度20%。

聚丙烯纤维:一种以聚丙烯为主要原料, 以多种添加剂为辅料, 以特殊工艺制造而成的高强短纤维。其基本性能见表2。

1.2 再生混凝土配合比

本研究采用的再生混凝土配合比为水泥:再生粗骨料:细骨料=1:2.42:1.54, 水泥用量455kg/m3, 水灰比0.39, 砂率39%, 外加剂 (水剂) 掺量为水泥重量的1.8%, 纤维掺量分别为0.6kg/m3、0.9kg/m3、1.2kg/m3, 纤维长度10mm。

1.3 试验方法

抗压强度、劈拉强度采用100mm100mm100mm试件, 抗折强度采用150mm150mm550mm试件, 按GB50080-2002、GB50081-2002要求进行成型、标准养护后测试28d抗压、劈拉、抗折强度。

再生混凝土抗渗性试验采用逐级加压法, 由于抗渗压力达1.0MPa时, 无一试件表面出现渗水现象, 所以将试件沿纵向劈开测量其渗水高度, 以此来评定该试件的抗渗性能。

再生混凝土的抗裂性是混凝土在温度30℃±2℃、相对湿度小于65%下成型后风吹1h, 再在温度40℃±3℃、相对湿度小于50%下风吹, 风速为1.8m/s, 观察24h。

采用落锤法进行再生混凝土抗冲击试验, 试件尺寸为覫Ø150mm64mm, 标准养护28d后测试。冲击锤2.0kg, 下落高度900mm, 冲击锤中线与试件中心线对齐自由落下, 当试件出现裂纹时, 记录冲击次数。依据美国混凝土协会AC1544委员会推荐的方法计算冲击能量。

W=nmgh

式中, W冲击能量, Nm;

n锤击次数;

h冲击下落高度, m;

m冲击锤质量, kg;

g重力加速度=9.81m/s2。

W值越大, 说明试件的抗冲击能力越强。

2 试验结果及讨论

2.1 聚丙烯纤维掺量对再生混凝土强度的影响

不同纤维掺量对再生混凝土强度的影响见表3。

由表3可见, 纤维的加入对再生混凝土的力学性能有显著改善[3~4], 再生混凝土28d的抗压强度、劈拉强度、抗折强度都随纤维掺量的增加而增加, 但当掺量超过0.9kg/m3后, 强度增加不明显。其原因是纤维是有机高分子, 其弹性模量比混凝土低得多, 掺入再生混凝土后有两方面的作用:①阻止微裂纹扩展[5], 有利于提高强度;②纤维弹性模量低于再生混凝土, 掺入后对混凝土性能有削弱作用。两者综合的结果就存在最佳掺入量问题。本试验的结果表明, 纤维的合理掺量为0.9kg/m3, 在此掺量下其劈拉强度提高约34%, 抗折强度提高约31%, 抗压强度提高约15%。

2.2 聚丙烯纤维掺量对再生混凝土抗渗性的影响

抗渗试验结果见图1。试验表明, 在逐级加压至1.0MPa后, 所有试件均没有出现渗水现象, 在0.9kg/m3掺量下试件中的渗水高度可从60mm减小到30mm, 且在一定限度内随着纤维掺量的增加渗水高度减小。究其原因, 一方面是由于纤维的存在阻碍微裂纹的扩展, 减少了渗水通道;另一方面是因为均匀分布在再生混凝土中的大量纤维起到了“分流和筛滤”的作用, 降低了再生混凝土表面的析水, 阻碍了集料的离析, 从而使再生混凝土中直径为50~100nm的孔隙含量大大降低, 可极大地提高抗渗能力。由于纤维的锚固作用, 这种防渗性能是永久的[6]。

2.3 聚丙烯纤维掺量对再生混凝土抗裂性能的影响

纤维在0.9kg/m3掺量下的试验结果如图2和图3所示。由图可见, 纤维可以有效地阻止裂纹的产生和发展[7], 提高再生混凝土的抗裂性。其原因主要是当纤维加入再生混凝土后, 成束的短丝随着搅拌, 受到水泥、砂、骨料的冲击散开, 成为约1000多万根的短纤维, 均匀分布在混凝土内。由于微纤维与混凝土之间握裹力极强, 裂缝碰到邻近的微纤维时立即被阻挡, 因而防止了裂缝的扩展, 提高了再生混凝土的抗裂性。

2.4 聚丙烯纤维掺量对再生混凝土抗冲击性的影响

纤维在再生混凝土内部构成均匀的乱向支撑体系, 这种均匀的乱向支撑体系有助于提高混凝土受冲击时动能的吸收。在再生混凝土受冲击荷载时, 纤维可以有效地阻碍混凝土中裂缝的迅速扩展, 增强材料内部的连续性, 从而减少冲击波被阻断引起的局部应力集中程度, 吸收由于冲击荷载所产生的动能, 提高再生混凝土的抗冲击性。表4是不同掺量纤维的再生混凝土抗冲击落锤试验结果。

试验结果表明, 聚丙稀纤维的掺入大大提高了再生混凝土的抗冲击性能, 纤维掺量为0.6kg/m3时, 抗冲击能力提高近1倍, 纤维掺量0.9kg/m3、1.2kg/m3时, 再生混凝土的抗冲击能力分别提高4.4倍和4.9倍。聚丙稀纤维掺量为0.9kg/m3时, 再生混凝土抗冲击能力提高幅度较大, 比掺量为0.6kg/m3的纤维再生混凝土增加1.4倍。相比而言, 纤维掺量为1.2kg/m3的纤维再生混凝土比掺量0.9kg/m3的纤维再生混凝土抗冲击能力只增加10%。因此, 掺量为0.9kg/m3时纤维对抗冲击的增强作用最为明显。

3 结论

(1) 在C40再生混凝土中掺入0.9kg/m3长度为10mm的聚丙烯纤维, 可以配制出坍落度170mm±20mm, 保水性、粘聚性较好, 28d抗压强度53.5MPa的混凝土。

(2) 聚丙烯纤维的掺入可显著提高再生混凝土的抗压强度、劈拉强度和抗折强度, 纤维的最佳掺量为0.9kg/m3。

(3) 随着聚丙烯纤维掺量的增加, 再生混凝土的抗渗性能也增强。当纤维掺量为0.9kg/m3时, 再生混凝土的抗渗等级超过P10。

(4) 掺入聚丙烯纤维可以显著提高再生混凝土的抗裂与抗冲击性能, 可使再生混凝土的延性和韧性有较大幅度的提高。

摘要：研究了聚丙稀纤维对C40级再生混凝土的强度和抗裂、抗冲击、抗渗等性能的影响。结果表明, 掺入0.9kg/m3长度为10mm的聚丙稀纤维后, 再生混凝土的抗压、抗折、劈拉强度和抗渗、抗裂、抗冲击等性能均有较大幅度提高, 可以配制出坍落度170mm±20mm, 保水性、粘聚性较好, 28d抗压强度达53.5MPa且耐久性良好的再生混凝土。

关键词：聚丙稀纤维,再生混凝土,抗渗性,抗冲击性,抗裂性

参考文献

[1]吴建华, 马石城, 唐昭青, 等.聚丙烯纤维再生混凝土力学性能影响因素的试验研究[J].公路工程, 2007 (4) :110-112.

[2]孙家瑛, 孙浩, 王培銘.活性掺合料对再生混凝土耐久性的影响[J].混凝土与水泥品, 2006 (1) :1-4.

[3]李玉琳.有机合成段纤维混凝土在工程中的应用[A].“全国特种混凝土技术及工程应用”学术交流会暨2008年混凝土质量专业委员会年会[C].西安, 2008:221-227.

[4]A.Katez.Effect of Fiber Modulus of Elasticity on the Long Term Properties of Micro-fiberReinforcedCementitiousComposites[J].Cemente and Concrete Composites, 1996, 29 (7) :389-399.

[5]熊杰.聚丙烯纤维混凝土的力学性能及其在水渠中的应用[D].武汉:武汉理工大学, 2006.

[6]杜明干.纤维混凝土细观力学模型与应用[D].北京:清华大学, 2004.

聚丙烯纤维改善混凝土性能的研究 第4篇

文中针对混凝土的这些现象,在混凝土中掺加一定量的聚丙烯纤维,通过聚丙烯在水泥混凝土中的阻裂、增韧机理进行分析和探索,来研究纤维混凝土的微观结构,阐述聚丙烯在水泥混凝土中的应用前景,为以后的大面积使用提供经验。

1 聚丙烯纤维改善混凝土性能机理

聚丙烯纤维混凝土是聚丙烯纤维增强混凝土的简称,通常是采用水泥净浆、砂浆或者混凝土为基体,以非连续的短纤维或者连续的长纤维作为增强材料,所组成的水泥复合材料。比较一致的观点认为:由于纤维的掺入,对混凝土基体产生了增强、增韧和阻裂等效应,从而增加了混凝土的强度、韧性、耐腐蚀性等,并且改变了混凝土的脆性、易开裂性及其破坏形态,延长了混凝土的使用寿命。在纤维混凝土中,纤维的主要作用是吸收水泥基材开裂时释放的能量,并因而阻止基材中裂缝的扩展,其阻裂机制和阻裂效果主要取决于纤维的种类与性能、纤维的体积率、纤维的长度与分布情况、纤维的取向、纤维与水泥基材的粘结强度等。研究聚丙烯纤维混凝土的增强机理是提高聚丙烯纤维对混凝土增强、增韧和阻止开裂效应的关键,从本质上改善其物理、力学性能,并造就材料新性能的理论基础,是进行聚丙烯纤维混凝土设计的依据,是建立性能设计和结构设计的科学方法,并能达到充分发挥聚丙烯纤维、混凝土基体的复合效果。

2 试验的原材料及试验方案

1)水泥采用42.5号普通硅酸盐水泥;

2)粗骨料采用鹿泉碎石,粒径为5 mm～20 mm,表观密度为2 715 kg/m3;

3)细骨料采用正定中砂,级配良好,砂的细度模数为2.42,砂的含水率为0.25%,砂的堆积密度为1 409 kg/m3,砂中杂质的最大含量:含泥量3%,云母含量2%,轻物质含量1%,硫酸盐与硫化物含量1%,有机质含量颜色不深于标准颜色;

4)减水剂采用石家庄华伟建材厂生产的DH3g-2型高效减水剂,掺量为水泥重量的0.5%;

5)聚丙烯纤维采用石家庄凯华化工有限公司研制开发的聚丙烯纤维。

纤维混凝土的基体设计强度等级为C30,水灰比为0.5,配合比为C∶S∶G∶W=360∶631∶1 224∶180,减水剂为水泥重量的0.5%,纤维长度10 mm的掺量分别为0.6 kg/m3,0.9 kg/m3,1.2 kg/m3;纤维长度25 mm的掺量为0.9 kg/m3,为使纤维均匀分散于混凝土中,采用干拌法,即先将纤维和砂、石、水泥一起搅拌均匀后,再加水一起搅拌成混凝土拌合物,采用机械搅拌,搅拌时间控制在10 min左右。

3 试验结果及其分析

3.1 纤维混凝土抗压强度试验结果及其分析

在NYL-2000型液压试验机上进行试验,试件端部不抹油脂,以0.3 MPa/s～0.5 MPa/s的速度连续而均匀地加荷,28 d的混凝土抗压强度试验结果见表1。

由表1可以看出,在基体混凝土中掺加聚丙烯纤维可以提高混凝土的抗压强度,提高的幅度比普通混凝土高8.9%～15.7%左右,掺量的变化对抗压强度影响较小。当纤维掺量为0.9 kg/m3时,纤维长度为10 mm和25 mm的抗压强度平均提高了8.9%～11.8%,纤维长度为25 mm的抗压强度较纤维长度为10 mm的抗压强度提高了5.9%。混凝土中由于纤维的加入,增大了混凝土压缩破坏时的延性,混凝土试件在破坏过程中没有出现过崩碎和突然的强度降低,而是在达到峰值后强度逐渐降低,使混凝土表现出延性破坏的性质。

3.2 纤维混凝土抗折强度试验结果及其分析

基准混凝土和不同纤维掺量的混凝土配合比与前面相同,其抗折强度试验结果如表2,图1所示(其中,J为基准混凝土;T为掺加聚丙烯纤维;0.6,0.9,1.2,1.5为纤维掺量)。

从表2及图1可以看出:纤维的加入使得同龄期的普通混凝土的抗折强度有所提高,且纤维掺量越大,提高的幅度就越大。以28 d抗折强度为例,当纤维掺量为0.6 kg/m3时的抗折强度为4.11 MPa,比基准混凝土增加了1.2%;纤维掺量为0.9 kg/m3的抗折强度为4.19 MPa,比基准混凝土增加了3.2%;纤维掺量为1.2 kg/m3的抗折强度为4.32 MPa,比基准混凝土增加了6.4%;纤维掺量为1.5 kg/m3的抗折强度为4.39 MPa,比基准混凝土增加了8.1%。

纤维混凝土抗折强度之所以较基准混凝土高,其原理是纤维在混凝土折断时,对折断面两侧的混凝土起到牵扯作用,延缓了混凝土的开裂破坏,增强了混凝土的抗折强度及受拉延性。

3.3 聚丙烯纤维对混凝土韧性的影响及其分析

纤维混凝土韧性是纤维增强水泥基复合材料的一项重要性能,韧性的提高,有助于增强此种复合材料的抗冲击与抗疲劳等性能。韧性是指材料或结构在荷载的作用下,到破坏时为止吸收能量的能力,实际工程中主要是用荷载—变形曲线所围面积表示。材料只有同时具备强度高、变形能力大的条件,其韧性才“大”,在试验的过程中,用计算机自动采集试验数据,分别绘制出劈拉荷载—应变、弯曲荷载—应变及剪切荷载—应变图形,用KP-90N数字求积仪分别求出荷载—应变图形的面积,其数据见表3。

在纤维增强水泥基复合材料中,纤维的作用不仅在于提高水泥基材的抗拉、抗折强度,而且可以显著地提高水泥基材的变形能力,由表3可知,聚丙烯纤维对混凝土的增韧效果比较明显,混凝土的韧性随着纤维掺量的增加而增加,在纤维长度保持10 mm不变的条件下,当纤维掺量分别为0.6 kg/m3,0.9 kg/m3,1.2 kg/m3时,与对比试件相比,弯曲韧度分别提高了54.5%,87.3%,52.0%,劈拉韧度分别提高了87.7%,210%,248%,剪切韧度分别提高了18%,79%,51%。

由图2可以看出,纤维掺量为0.9 kg/m3时增韧效果比较理想,在纤维掺量0.9 kg/m3保持不变,纤维长度分别为10 mm,25 mm时,其相对于对比试件的弯曲韧度分别为1.875,1.65,劈拉韧度分别为3.22,3.14,剪切韧度分别为1.79,2.00。

4 结语

文中对聚丙烯纤维混凝土物理力学性能进行了一系列的试验研究,分析了纤维掺量、纤维长度对混凝土物理力学性能的影响规律,得出了以下结论:

1)在基体混凝土中掺加聚丙烯纤维可以提高混凝土的抗压强度,提高的幅度比普通混凝土高8.9%～15.7%左右。

2)纤维的加入使得普通混凝土的抗折强度有所提高,提高的幅度比普通混凝土高1.2%～8.1%左右。

3)混凝土的弯曲韧度、劈拉韧度、剪切韧度随着纤维掺量的增加而增加,但是在0.9 kg/m3时增韧效果比较理想。

参考文献

[1]钟秉章,朱强.聚丙烯纤维混凝土在水利水电工程上的应用探讨[J].工程技术水利规划设计,2004(2):65-66.

[2]李光伟,杨元慧.聚丙烯纤维混凝土性能的试验研究[J].水利水电科技进展,2004(10):44-45.

[3]沈荣熹,崔其,李清海.新型纤维增强水泥基复合材料[M].北京:中国建材工业出版社,2004.

[4]何军拥,姚立宁,张海波.纤维织物增强混凝土梁抗弯性能的试验研究[J].山西建筑,2005,31(8):107-108.

聚丙烯纤维混凝土路用性能研究 第5篇

关键词：混凝土,聚丙烯纤维,弯拉强度,抗冲击性

随着交通重载化和高速化的发展趋势,路面和桥面板所受到的冲击荷载越来越明显。由于水泥混凝土具有明显的脆性,严重限制了其在交通基础设施中的应用。聚丙烯纤维增强水泥混凝土具有优良的抗裂和抗渗性能,近年来在国内外得到了大量的推广应用。但是,目前对于聚丙烯纤维混凝土的路用性能研究还比较少,本文针对影响水泥混凝土路用性能的4项试验内容展开研究,研究内容包括:弯拉强度、抗冻性、抗渗性和抗冲击性。

1 原材料

1)水泥。

水泥采用秦岭水泥厂生产的P.O 42.5级普通硅酸盐水泥,其技术性质测试结果见表1。

2)粗集料。

选用粗骨料为粒径范围5mm～16mm的碎石,对于粗骨料的粒形、粒径、压碎值等指标要求依照JTG F30-2003公路水泥混凝土路面施工技术规范的相关规定。

3)细集料。

采用洁净的河砂,细度模数为2.5,含泥量0.8%。

4)聚丙烯。

聚丙烯纤维混凝土具有稳定性好、不结团、分散性好、和易均匀分布等特点,其技术指标见表2。

2 试验方法

2.1 弯拉强度测试

弯拉强度反映了混凝土承受车轮荷载和温度应力的能力,是水泥混凝土路面设计中的重要参数。采用三分点法,按照JTG E 30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程的相关规定进行,试件为100mm×100mm×400mm的小梁。

2.2 抗冻性测试

抗冻性能测试采用快冻法,试件采用100mm×100mm×400mm的小梁,试件养护至28d龄期时开始试验,提前4d将试件浸泡在温度为15℃～20℃的水中,试验前测试动弹性模量和重量,每次冻融循环应在2h～4h内完成,其中用于融化的时间不得少于整个冻融时间的1/4,一般每隔50次循环作一次动弹性模量测试,在冻结和融化终了时,试件中的温度应分别控制在(-17±2)℃和(8±2)℃。

2.3 抗渗性测试

抗渗试验参照JTG E 30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程进行,具体过程为:将水压一次加到(0.8±0.05)MPa,同时开始记录时间,24h后停止试验,劈开试件并测量其断面10个均分点处的渗水高度,并以这10个测点的算术平均值作为该试件的渗水高度,采用相对渗水系数评价其抗渗性能。

2.4抗冲击性测试

抗冲击性能采用ACI-544“纤维混凝土性能测试”推荐的方法,即落锤冲击圆板试验进行。落锤质量为4.45kg,自由下落高度为457mm,试件厚度为64mm,直径为150mm。试验结果评定方法:经过落锤冲击,当试验板裂缝宽度大于0.3mm时,记录冲击次数,试验结果取3个试件冲击次数的平均值。

2.5 配比设计

为了分析纤维掺量对混凝土性能的改善程度,纤维掺量分别取0%,0.1%,0.2%和0.3%(体积掺量)。混凝土配合比见表3,除了纤维掺量以外其他各参数均相同。

kg/m 3

3 结果与分析

3.1 弯拉强度

聚丙烯纤维混凝土28d抗弯拉强度测试结果如表4所示。

从表4可以看出,聚丙烯纤维的加入能明显提高水泥混凝土的抗弯拉强度,掺0.20%纤维的混凝土其抗弯拉强度比普通混凝土增大了22.6%。分析其原因是因为纤维在混凝土中呈三维立体分布,可有效的降低微裂缝尖端的应力集中,通过纤维的传递作用可把局部的荷载进行扩散,从而提高了其承载能力。但是并不是纤维越多越好,当纤维掺量达到0.30%时,混凝土的弯拉强度反而有所下降。分析其原因是因为当纤维的掺量达到一定值时,纤维在混凝土内部不易分散,所以对混凝土的弯拉强度提高幅度有限。

3.2 抗冻性

分别测试混凝土在50次,100次,200次冻融前后的质量损失率和弯拉强度损失率,以此反映冻融情祝,结果见图1和图2。

从图1和图2可以看出,聚丙烯纤维的加入显著提高了混凝土的抗冻融性能,主要是因为聚丙烯纤维的加入使得混凝土内部引入一部分气体,并形成良好的孔隙结构,并且纤维的掺入能缓解一部分冻胀压力。但是聚丙烯纤维存在一个最佳掺量,当纤维掺量超过0.20%时,混凝土的抗冻融性能基本不变。

3.3 抗渗性

抗渗性能测试结果如表5所示。

从表5可以看出,与普通混凝土相比,聚丙烯纤维的加入能显著提高混凝土的抗渗性能。主要是因为纤维的加入堵住了一部分孔隙,降低了孔隙联通性,使混凝土变得更加密实,从而降低了水的流动性。当纤维掺量超过0.20%时,混凝土的抗渗性能反而有所下降,说明聚丙烯纤维存在一个最佳掺量。

3.4 抗冲击性

抗冲击性能测试结果见表6。

从表6可以看出,加入聚丙烯纤维以后,混凝土的抗冲击次数逐渐增大,说明聚丙烯纤维对混凝土的抗冲击性能有明显的改善作用。由于纤维的阻裂效应,在混凝土受冲击荷载作用时,纤维可以阻止内部裂缝的迅速扩展,并且纤维掺量越大其扩散能力越强。

4 结语

均匀分布在混凝土中的大量聚丙烯纤维起到了加筋的作用,有效地抑制了硬化过程中混凝土内部裂缝的产生,并且聚丙烯纤维对混凝土内部的孔隙可进行封堵,改善了其内部的孔隙结构,因而提高了混凝土的密实性,对其弯拉强度、抗冻性、抗渗性和抗冲击性能均有明显的改善作用。但是,聚丙烯纤维的掺量并不是越大越好,随着其掺量的增大,会增加搅拌的难度,并且纤维会吸附大量的水分,影响水泥的水化,从而会对混凝土的各项性能产生不良的影响。综合考虑各项路用性能指标,笔者最终推荐合适的聚丙烯掺量为0.20%。

参考文献

[1]刘秉京.混凝土技术[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]JTG F30-2003,公路水泥混凝土路面施工技术规范[S].

[3]JTG E30-2005,公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].

[4]沈小康,刘少龙.HPP纤维水泥混凝土路面耐久性研究[J].2007,27(1):191-194.

[5]张伟.改性聚丙烯纤维增强混凝土抗疲劳性能的研究[D].大连:大连交通大学,2008.

聚丙烯纤维混凝土的性能与应用趋势 第6篇

1 聚丙烯纤维

聚丙烯纤维是半透明的白色束状或者网状单丝结构。具体材料性能见表1。

2 聚丙烯纤维混凝土的主要突出性能

聚丙烯纤维被称为混凝土的“次要增强筋[”3], 是一种新型的混凝土增强纤维, 其对混凝土产生的影响可以体现在以下几个方面。

2.1 抗收缩性

由于聚丙烯纤维短切乱向分布, 形成了网面一样的机理, 从而阻止了混凝土小颗粒的沉降和分层, 大大减少了混凝土中由于水作用形成的细小孔道, 于是降低了泌水现象出现的概率, 所以使混凝土在塑性状态下的收缩率也大大降低。重庆大学梁宁慧研究表明[5], 在聚丙烯掺量相同时, 在早期抗裂性上, 长径相比于较小者要强;在塑性混凝土状态下, 细纤维抗裂作用上要优于粗纤维, 但在硬化阶段粗纤维在抗裂效应中更为优越。在体积掺量0.7%的l/d=50/63 纤维可以使裂缝缩小40%左右, 在l/d=19/15 纤维则可以基本消除1mm宽的裂缝[6]。0.1%体积掺量的聚丙烯纤维的混凝土裂缝面积和砂浆裂缝面积均有显著降低。

2.2 抗冲击性

东华大学纤维材料改性国家重点实验室的刘卫东采用落锤法进行抗冲击试验[10], 试验时, 将2kg重的落锤从900mm高度自由落下, 冲击锤中线与试件中心线对齐。依据ACI44 委员会推荐的方法计算冲击能量:

W=n·mgh

式中:

W———冲击能量, N·m;

n———锤击次数;

h———冲击锤下落高度, m;

m———冲击锤重量, kg;

g———重力加速度, m/s2。

试验结果表明, 当聚丙烯纤维掺量0.6kg/m3时, 相比普通混凝土的抗冲击能力提高近一倍, 当掺量0.9kg/m3时, 抗冲击能力提高三倍以上, 然而掺量为1.2kg/m3时, 抗冲击能力反下降, 由此可知聚丙烯混凝土的抗冲击能力随聚丙烯纤维掺量的多少而变化, 但其中存在一个峰值, 在峰值左侧呈上升趋势, 右侧则反之[10]。聚丙烯纤维的弹性模量较普通混凝土弹性模量低, 其断裂伸长率比普通混凝土伸长率大, 根据复合材料理论, 聚丙烯纤维混凝土的力学性能是两者共同作用的结果, 其弹性模量远低于混凝土的弹性模量 (约普通混凝土1/10~1/2) [6], 所以聚丙烯混凝土的延性较普通混凝土好, 如此一来就很好的控制了裂缝的数量以及阻止了裂缝的进一步发展, 大幅提高了混凝土开裂还能承受的承载力, 使得聚丙烯混凝土的抗冲击韧性得到增强。

2.3 抗渗性

对于混凝土的早期塑性收缩开裂及离析裂纹的产生和发展, 聚丙烯纤维具有很有效的抑制作用, 对收缩裂缝特别是连通裂缝的产生也有很显著的减少的效果。聚丙烯纤维在混凝土中使骨料均匀分布, 提高了混凝土的密实性, 降低了孔隙率也减少了有害孔的数量, 阻碍了水分从混凝土内部向表面迁移速率, 因而聚丙烯纤维混凝土的抗渗性得到大幅度提高。南京水利科学院卢安琪的研究表明, 虽然聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土的水灰比要大, 但加压到2.1MPa时, 聚丙烯纤维混凝土的渗水高度比普通混凝土要少16%~19%, 相比之下其抗渗性要远优于普通混凝土[14]。在工程实际运用过程中, 掺入聚丙烯纤维的混凝土将减少由于养护和温差等原因引起的裂缝, 提高了混凝土的致密性, 使建筑结构的的抗渗和耐久性得到增强。

2.4 抗冻融性

冻融破坏是混凝土在寒冷地区水工混凝土建筑物所需面对的问题, 有关试验表明, 在掺入一定剂量范围的聚丙烯纤维, 混凝土质量损失率增大的同时会使得动弹模量和相对动弹模量增加明显, 依据混凝土冻融破坏的有关准则, 聚丙烯纤维混凝土在冻融环境下使用寿命得到增加, 提高了混凝土的抗冻性能。掺加聚丙烯纤维增加了剥落现象的发生, 但在反复冻融循环试验后, 结果发现由于混凝土硬化过程中多余水分减少、孔隙率减少, 聚丙烯纤维抑制了混凝土内部裂缝的发展, 使得混凝土在冻融条件下的使用性能仍然维持在较高的水平[7]。

2.5 耐磨损性

耐磨损性也是聚丙烯纤维混凝土一项重要的指标, 刘卫东试验表明[10], 聚丙烯纤维混凝土的耐磨损性与纤维的掺量有关, 其中磨耗量以下式计算:

G= (m1-m2) /0.0125

式中:

G———单位面积的磨耗量 (kg/m2) ;

m1———试件的原始质量;

m2———试件磨损后的质量。

在一定的聚丙烯纤维掺量范围内, 掺量越大的混凝土耐磨性越好, 磨耗量也越低, 不同型的纤维掺入混凝土, 其耐磨性也不同[10]。

3 聚丙烯纤维混凝土的发展方向及应用前景

发展高性能混凝土是现代社会的必然趋势, 高性能混凝土应该具有高强度、高使用性、高流动性及显著的耐久性。但是, 聚丙烯虽已然具备高性能混凝土的许多特性, 其在流动性及可搅拌性上还是具有明显的短板, 所以在现代科技高速发展的今天, 可以依托各种手段在不大幅增加造价的情况下改善聚丙烯纤维混凝土的流动性, 可搅拌性等性能差的缺陷, 如此既能提高建筑物的耐久性延长建筑物的使用寿命, 也能为节省造价费用做出积极的贡献。另一方面, 随着建筑物复杂程度和其高度的增加, 对建筑的防火性能也提出了考验, 而在高性能混凝土中加入聚丙烯纤维, 当温度超过165℃时[17], 聚丙烯纤维熔融挥发, 于是混凝土中会空出许多孔道, 这对建筑物高温所产生的气体等的排放会非常有帮助, 基于这些设想, 聚丙烯纤维混凝土在现代建筑中必将有广阔的发展前景。

另一方面, 由于聚丙烯纤维混凝土的抗渗性能优越, 应用于渠道防渗, 水坝修建, 港区及码头的修建, 其中在我国的农村水利中, 渠道防渗还仅仅是起步阶段, 专业的修砌和维护可以显著提高混凝土的抗渗和抗冻性能, 进而提高使用寿命和工程效益, 能使综合经济效益得到明显的提升, 这对我国水利工程建设的积极作用也十分明显。

摘要：介绍了聚丙烯纤维基本物理性质, 分析了聚丙烯纤维对混凝土的作用机理, 介绍总结了聚丙烯纤维混凝土抗收缩性、抗冲击性、抗渗性、抗冻融性、耐磨损性, 并提出聚丙烯纤维高性能混凝土发展方向与重点, 为聚丙烯纤维混凝土的应用前景提供了参考意见。

聚丙烯纤维混凝土抗冲击性能研究 第7篇

纤维混凝土就是在混凝土拌合过程中加入一定量的纤维材料, 通过纤维的密集分布来提高混凝土的综合性能。随着纤维混凝土技术的发展, 人们把研究重点倾向于合成纤维, 合成纤维成本低, 当在混凝土中均匀分布后, 能提供更好的韧性。混凝土是硬性材料, 合成纤维是软性材料, 这种钢柔相济的办法能提高混凝土坚韧性。在合成纤维中, 聚丙烯是性价比较好的材料, 耐腐蚀, 与混凝土的相容性好, 在提高混凝土性能方面扮演着日益重要的角色。

随着技术的进步, 国外应用纤维混凝土进行抗裂防水的新技术有了很好的发展, 在混凝土中添加适量的聚丙烯纤维, 是克服混凝土早期开裂的措施之一。经过搅拌机搅拌以后, 纤维在混凝土中形成了乱向支撑体系, 能够适当减少混凝土的早期泌水, 降低混凝土中的空隙率, 并且减少混凝土的早期干缩、塑性裂缝, 阻止混凝土发生沉降裂缝, 因而能较大幅度地提高混凝土的抗渗性、抗裂性等性能。美国于90年代初研制出纤维混凝土, 在随后的几年中得到迅速发展, 其中应用最多的是聚丙烯纤维混凝土。如今, 在美国新建筑物中的地下室和屋面混凝土中大多采用了聚丙烯纤维混凝土, 国内亦开始在许多工程中得到了成功应用。

对于地面结构, 承受的动荷载比较大, 这就要求混凝土有比较好的韧性以及良好的冲击性能, 在动荷载的作用下尽量减小破坏发生的概率。在混凝土掺入聚丙烯纤维, 从常规分析上可以知道其可以改善混凝土的韧性以及冲击性能, 但是没有确切数据。此项试验, 旨在了解在掺加聚丙烯纤维以后混凝土的韧性是否有明显的改善, 并掌握具体数据。

2原材料选择及试验配合比

具体原材料厂家以及规格型号见表1。

对于试验配合比, 对聚丙烯纤维采用不同的掺量, 而其它原材料用量不变进行试验, 具体配合比见表2。

3试验方法

冲击试验, 按ACI (美国混凝土协会) 544委员会推荐的方法进行, 试验方法见图1。其中:

1.按标准方法成型试件, 尺寸Φ15064mm。标准养护3d、7d、14d、28d。

2.冲击锤重4.5kg, 下落高度h=457mm。传力球直径64mm, 测试挡板和试件间距5mm;

3.传力球和试件同心, 并在冲击锤的中线上。测试时, 冲击锤自由落下;

该试验方法通过以下几项指标评价或比较混凝土的抗冲击能力:

n1出现第一条裂缝 (初裂) 的冲击次数;

n2初裂后, 试件体积膨胀, 当试件和4块挡板中任意3块接触时的冲击次数。n2被定为试件破坏次数;

(n2-n1) 试件初裂和破坏时冲击次数的差值;

Wi试件破坏过程吸收的冲击能量;

计算式如下:

式中:

Wi试件破坏过程吸收的冲击能量;

h冲击锤下落高度 (457mm) ;

g重力加速度9.81m/s2。

成型完毕在室温为 (2 0±2) ℃, 相对湿度为 (60±5) %条件下养护24h, 然后拆模, 放入室温为 (20±2) ℃, 相对湿度为大于95%的标准条件下养护, 按照所要求龄期测试各个龄期的抗压强度以及抗冲击次数。

4试验数据分析

研究聚丙烯纤维混凝土的抗冲击 (韧性) 性能, 是因为当地面承受的动荷载比较大时候, 就要求混凝土有比较好的韧性以及良好的抗冲击性能, 在动荷载的作用下尽量减小破坏发生的概率。

冲击试验, 将依据以上试验方法进行, 配合比采用表2配合比, 混凝土抗压强度试验, 属于在静载作用下无侧限试验, 而抗冲击性能试验是属于在动载作用下有侧限试验, 因此后者更能够体现混凝土的工作状态。在配制混凝土过程中, 混凝土用水量保持不变, 成型完毕在标准条件下养护, 按照所要求龄期测试各个龄期抗冲击次数表3。具体数据如下:

由以上数据可以看出, 掺入不同量的聚丙烯纤维, 对混凝土的抗冲击能力的影响主要表现在以下几个方面:

1.从图2、3可以看出, 与未掺聚丙烯纤维的混凝土相比, 加入聚丙烯纤维后, 无论掺量多少, 随着龄期的增长, 对混凝土的抗冲击性能的提高越来越显著。

2.由图4可以看出, 以混凝土的冲击韧性W为指标进行评价可见, 聚丙烯纤维单方掺量在0.9kg~1.5kg时, 聚丙烯纤维能使混凝土的抗冲击能力提高5倍以上。

3.以初裂后的ΔW (图5) 进行评价可知, 聚丙烯纤维单方维掺量为1.2和1.5时, 能使混凝土的裂后抗冲击能力分别有所提高, 但是对混凝土的其它性能无显著影响。

4.聚丙烯纤维掺量较低的2试验对提高混凝土的抗冲击韧性有一定的提高, 但是在达到C3试验的掺量时能够达到比较理想的效果, 聚丙烯纤维掺量较高的C4、C5试验并未显示出比掺量较低的3更高的冲击韧性, 但在初裂后继续吸收冲击能量的能力ΔW明显提高。

5.纤维改善混凝土的抗冲击性的机理则主要体现在以下几个方面: (1) 聚丙烯纤维虽然刚度较低, 传递荷载的能力差, 但能有效减小裂隙尺度, 增强材料介质连续性, 减小了冲击波被阻断引起的局部应力集中现象; (2) 低模量的有机材料能吸收冲击能量; (3) 纤维能有效约束裂缝的扩展。

6.本试验中, 3试验中聚丙烯纤维的单方掺量为0.9kg, 已能够消除试件内裂隙的产生。由于较高的纤维掺量对裂缝扩展的约束力更强, 使4、5试验裂后的冲击韧性更高。

结论

在混凝土中掺加聚丙烯纤维, 可以提高混凝土的抗冲击性能, 但是, 聚丙烯纤维对混凝土的抗冲击性能的提高是有限的, 要综合提高混凝土的各项性能, 还要对聚丙烯纤维与其他材料的复合性能进行研究, 以便更好解决工程中出现的各种问题。

摘要：随着科技进步和技术的发展, 混凝土技术也朝着多性能、高性能方面发展, 从试验以及实际工程来看, 在低湿高温的环境中, 每立方米混凝土中掺入0.9kg聚丙烯纤维, 混凝土的抗冲击性能可以提高5倍以上, 同时能够比较有效地抑制混凝土的早期开裂。

聚丙烯纤维再生混凝土 第8篇

多年来,混凝土因其抗压强度高、耐久性好、成本低等特点在建筑工程中得到广泛应用,但混凝土作为一种多孔性的脆性材料,其抗拉强度远远低于抗压强度,韧性、冲击、开裂、疲劳性能均较差,这在一定程度上限制了其应用范围。

近年来,有关聚丙烯纤维混凝土的研究备受国内外专家的关注。如陈栓发进行了普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土的抗压强度、抗折强度及弯曲疲劳对比试验,结果表明,聚丙烯纤维不但能使混凝土的强度提高(抗压强度提高6.75%,抗折强度提高13.86%),在高应力水平下,更可成倍提高混凝土的弯曲疲劳寿命。刘鹏所得试验结果基本与上述结果类似。然而,Zollo等其他研究者所得试验结果,聚丙烯纤维混凝土较普通混凝土抗压强度降低。A.M.Alhozaimy等人研究结果是,对于普通混凝土,聚丙烯纤维的掺入只对抗冲击性有提高,而对抗压和抗折强度没有影响。所以出现彼此不一致甚至是矛盾的结果,主要是因为混凝土的组成、聚丙烯纤维类型及试验手段等不同而产生。

本文选用了一种国产的改性聚丙烯纤维作为混凝土掺加纤维,进行了过静力试验及弯曲疲劳试验研究。分析比较了不同掺量纤维对混凝土性能的影响;确定了提高疲劳寿命兼静力学性能的纤维最佳掺量,并探讨了疲劳裂纹扩展的影响机理。

1 试验设计

1.1 试验原材料

水泥选用华日牌42.5R普通硅酸盐水泥。粗骨料采用碎石,最大粒径为20 mm,连续级配。细骨料采用大连海砂,中砂,细度模数3.0。拌合水为试验室自来水。纤维选用张家港市方大特种纤维制造有限公司生产的改性聚丙烯纤维,该纤维采用β晶成核剂添加到聚丙烯切片中,通过加工,在纤维表面产生大量微孔,与普通聚丙烯纤维相比,化学稳定性更好,更易掺加在混凝土中,不结团,分散性好和易均匀分布。其具体的物理化学性能见表1。

1.2 试验配合比

混凝土设计强度为C40,配合比见表2。改性聚丙烯纤维以外掺的方式加入。为了对比纤维作用效果,配合比设计采取保持混凝土各种材料用量不变的原则,仅仅改变纤维掺量,掺量为占混凝土的体积分数。按照聚丙烯纤维的掺量把试验用混凝土共分为4组,各组混凝土中聚丙烯纤维的掺量及坍落度如表3所示。

1.3 试件的制作与养护

抗压强度和劈裂抗拉强度试件采用100 mm×100 mm×100 mm的钢模浇筑;抗折强度和弯曲疲劳试件用100 mm×100 mm×316 mm的钢模浇筑。所有试件浇筑后24 h脱模,标准养护28 d。抗折强度及弯曲疲劳试件试验前7天从养护池取出晾干。

1.4 试验方案

混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度按照GB/T 50081-2002规定的方法测定。混凝土的弯曲疲劳试验选用PLG-100型微机控制高频疲劳试验机,加载频率为130 Hz～150 Hz。采用跨距为240 mm的三点弯曲加载,每组疲劳试验前先取3个试件测抗折强度,作为疲劳加载的依据。疲劳加载应力水平S定义为实际加载的最大应力与抗折强度的比值,取0.65,0.70,0.75,每组每个应力水平取4个试件进行疲劳试验。应力比R定义为疲劳加载中最小与最大荷载的比值,取0.2。

2 试验结果

2.1 静强度

从表4试验结果可以看出,改性聚丙烯纤维掺入混凝土后,对其抗压强度影响不大,而混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度则有较为明显的提高。其中纤维掺量为0.10%时提高幅度最大,其劈裂抗拉强度比普通混凝土提高了24.65%,抗折强度提高了18.04%。

2.2 弯曲疲劳特性

表5为存活率50%的中值弯曲疲劳寿命试验数据。聚丙烯纤维混凝土的应力水平与疲劳寿命的关系具有与普通混凝土相似的形式,即:

S=A-BlgN (1)

其中,S为应力水平;A,B均为回归参数;N为疲劳寿命。利用式(1)对本试验结果进行了回归,结果一并列入表5。

由表5结果可以看出,除纤维掺量为0.20%的第4组之外,第2组,第3组改性聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命均有一定的提高,而对应的疲劳方程的回归参数A,即截距均高于普通混凝土,这说明在一定的掺量范围内,改性聚丙烯纤维可以提高混凝土的弯曲疲劳性能。而回归参数B,即斜率更有较为明显的提高,其中第2组提高最大,为9.67%,这说明改性聚丙烯纤维混凝土的疲劳曲线变陡,也就是说疲劳寿命随应力变化的敏感程度也有所增加。由不同应力水平下各组混凝土疲劳寿命可知,应力水平为0.75时,第2组的疲劳寿命最高,较普通混凝土提高了43.30%;应力水平为0.70和0.65时,均为第3组的疲劳寿命最高,较普通混凝土分别提高了26.87%和6.47%。

表6为疲劳寿命为100万次时,各组混凝土的应力水平及疲劳强度。当疲劳寿命为100万次时,改性聚丙烯纤维混凝土的疲劳强度也有较为明显的提高。

3 结果分析

综上结果可知,改性聚丙烯纤维掺入混凝土,可以使其静强度以及弯曲疲劳性能得到比较全面的改善。对于疲劳寿命的提高效果更为明显。而且,应力水平越高,改性聚丙烯纤维混凝土的弯曲疲劳寿命增长幅度越大。

从纤维混凝土的形成质量看,由于改性聚丙烯纤维乱向分布于混凝土内部[5,6],所以在混凝土形成过程中,聚丙烯纤维起到一个衬托作用,一方面减小了骨料的沉降,增加了骨料分布的均匀性,同时也减小了发生应力集中的可能,从而在一定程度上阻止了混凝土中微裂纹的形成,减少了微裂纹源的数量,并减小了微裂纹的尺度。

从疲劳试验过程中观察发现,普通混凝土一旦出现裂纹立即破坏,而改性聚丙烯纤维混凝土产生疲劳裂纹的初期,仍能继续保持其承载力。这就是聚丙烯纤维具有阻碍疲劳裂纹扩展的作用的表现。在机理上,开裂区的纤维提供了拉拔阻力或“搭桥”作用,阻止裂纹张开,从而阻碍了疲劳裂纹的形成和扩展。因此,改性聚丙烯纤维具有对混凝土增韧、吸能的作用。

随着改性聚丙烯纤维掺量的增加,除抗压强度变化不大外,劈裂抗拉强度、抗折强度和弯曲疲劳性能均出现了一个先升后降的趋势。在试验过程中,通过对试件断口的观察可以看出,第3组,第4组试件均出现了一定程度的纤维成束现象,第4组尤为明显,这正是导致它们性能下降的原因。

因此,综合该纤维对混凝土静力及弯曲疲劳性能的影响,我们可以确定,改性纤维掺入混凝土的最佳掺量应该是0.10%。而且,相对于普通聚丙烯纤维,改性聚丙烯纤维对疲劳性能的改善似乎更好于普通聚丙烯纤维。

4 结语

1)改性聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土相比,抗压强度变化不大,但劈裂抗拉强度和抗折强度均有较为显著的提高。其中纤维掺量为0.10%时提高幅度最大,其劈裂抗拉强度比普通混凝土提高了24.65%,抗折强度提高了18.04%。2)改性聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土相比,弯曲疲劳性能也有较为显著的提高,且应力水平越高,改性聚丙烯纤维混凝土疲劳寿命增长幅度越大。3)建立了各种掺量下改性聚丙烯纤维混凝土材料的弯曲疲劳方程,这些方程较好的描述了改性聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳寿命和应力水平之间的定量关系。4)综合考虑静力及弯曲疲劳性能,改性聚丙烯纤维混凝土中纤维的最佳掺量为0.10%(体积率)。5)相对于普通聚丙烯纤维,改性聚丙烯纤维更易掺加在混凝土中,不结团,分散性好,对提高混凝土弯曲疲劳寿命的效果更为显著。

参考文献

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