聚丙烯纤维高强混凝土的配制及基本力学性能试验研究.pdf
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1、第 0 1 期 ( 总第 4 0 4期 ) 吉 林水利 2 0 1 6年 0 1月 文章编号1 0 0 9 2 8 4 6( 2 0 1 6 )0 1 0 0 0 1 0 3 聚丙烯纤维高强混凝土的配制 及基本力学性能试验研究 朱朝艳 ,王曙光 ,聂飞 ,李重阳 , ( 1 辽 宁工业大学土木建筑学院,辽宁锦 州 1 2 1 0 0 1 ; 2 中南民族大学资源与环境学院,湖北 武汉4 3 0 0 7 4 ) 摘要 本文选用合适的地方材料 ,采 用正交试验设计法得 出 C 6 0高强混凝 土的最优 配合 比。在 高强混凝土 中 掺 加不同掺量 的聚丙烯纤 维,进行混凝 土立方体抗压 强度 、劈
2、 裂抗拉 强度和抗折 强度试验。试验发现 :聚 丙烯 纤维对混凝 土抗压 强度几乎没有影响 ,劈裂抗拉强度和抗折强度则有显著的提 高。 关键词高强混凝土 ;聚丙烯纤维 ;力学性 能 中图分类号 ,r v 4 3 1 1 文献标识码 B 0 引言 高强 混凝 土( H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e 简称 H S C) 是指强度等级为 C 6 0以上的混凝土 , 是 随着 上世纪 7 0年代 高效减水剂 的发明而逐渐发展起 来的新型混凝土 与普通混凝土相比, 高强混凝 土 有许多优点。一方面高强混凝土强度高 , 能够提高 建筑物结构 和构件的承载力 因
3、此可减小构件尺 寸 。 降低 自重 , 降低工程造价。另一方面 , 在高强混 凝土 中掺加粉煤灰 、 硅灰等工业废渣 , 符合节能 、 环保和绿色可持续发展 的要求。由于高强混凝土 的明显优势 使得高强混凝土的研究成为热点【 , 被广泛重视和应用 。但 另一方面 HS C虽然抗拉 、 抗折强度随抗压强度的提高有所增加 。但其与抗 压强度的比值却随之降低 使得混凝 土的强度越 高 脆性越 大 : 另外 高强混凝 土弹性模 量大 , 徐 变 能力低 因此高强混凝土抗裂性能很差 I 5 】 。而在 H S C中掺人具有阻裂 、 增韧作用的纤维 , 被认为是 提高 H S C抗拉 、抗折强度从而弥补其
4、性能缺陷的 一 种有效的方法 本文首先进行 C 6 0高强混凝土 的配制 在此基础上掺人 聚丙烯纤维 探讨其掺量 对 混凝 土基 本 力学性 能 的影 响 。 1 试验原材料的选择 本试验所用原材料如下 : 水泥 :选用辽宁渤海水泥有限公 司生产的渤 海牌 4 2 5级普通水泥 其密度 3 1 0 0 k m s , 标准稠 度为 2 8 5 。 其安定性 、 细度、 凝结 时间 、 强度均满 足要求。 粉煤灰 :采用锦州市第一热电厂生产的 级 粉煤灰 。 密度 2 2 9 0 k m 。 粗细骨料 :粗骨料来源于锦州市北部某碎石 厂 符合 5 -2 0 mm连续级 配要求 : 细骨料为锦州
5、市女儿河河砂 根据筛分析试验结果计算得出细 度模数为 2 8 5 属于中砂 。 符合 区级配区要求 。 减水剂 :选用北京幕湖外加剂有限公司生产 的 P C聚羧酸系高效减水剂 ( 粉剂 ) ,其减水率为 3 0 经试验该减水剂与胶凝材料有 良好 的相容 性 。 聚丙烯纤维 :采用滨州恒泰化纤制品有限公 司生产 的混凝土专用纤维 H T 一 0 1 。 材质为 1 0 0 的 聚丙烯 , 长度为 2 -3 0 ra m, 纤维直径为 1 0 -4 0 m, 抗拉强度3 5 0 MP a 收稿 日期 2 0 1 5 1 1 - 0 4 作者简 介 朱朝艳( 1 9 6 8 一) , 女 , 辽 宁
6、锦 州人 , 博士 , 教授 , 主要研究方 向: 高性能混凝土、 结构优化设计。 基金项 目辽 宁省 自然科 学基金项 目( 2 0 1 5 0 2 0 2 1 4 ) 吉林水利 聚丙烯纤维高强混凝土的配制及基本力学性能试验研究 朱朝艳等2 0 1 6年 0 1月 2 高强混凝土配合 比的配制 本试验依据 普通混凝 土配 合 比设计 规程 ( J G J 5 5 2 0 1 1 、中高强混凝土配合 比的设计方法进 行配合比设计 采用正交试验设计法进行高强混 凝土配合 比的优选 从而得 出高强混凝土的最优 配合 比。 2 1 正 交试验 设计 参数 的选 择 在 正 交试 验 中 以混 凝 土
7、 2 8天 抗 压 强度 和 混 凝土拌合物坍落度作为考察指标 。取粉煤灰 的掺 量 、 水胶 比、 用水量 、 砂率四个参数作为试验因素 , 每个因素选用 3个水平 因素一 水平表见表 1 表 1 因 素 与水 平 列 表( C6 0) 2 2 正交试 验设 计方 案 进行正交试验设计 。需使用正交设计表安排 试验 对应于表 1的正交设计表如表 2所示 对表 2中正交设计表 中数值进行计算得到对 应的正交试验方案如表 3所示 2 - 3 试 验 结果与 配合 比的 确定 按照表 3的正 交试验设 计 方案依次进 行试 配 , 测定混凝土拌合物的坍落度 : 观察黏聚性和保 表 2 正 交设 计
8、 表 试验 因素 A( 掺合料 比例 ) B ( 水胶比)C( 水, k g , m )D( 砂率, ) 表 3 正交试验方案列表 水性 ; 测定 2 8 d混凝土立方体抗压强度。C 6 0高强 混凝土正交试验结果如表 4所示 。 表 4 正交试 验设计结果 一 2 一 根据 9组试验结果 ,各组坍落度均满足塑性 混凝土的要求 第 5组试验得到的抗压强度最大 且大于配制强度 因此本试验最终选择第 5组配 合比为最佳配合比, 如表 5所示 3 聚丙烯纤维高 强混凝土基本 力 学性 能 的 研 究 本文通过在高强混凝 土中掺入聚丙烯纤维 对 C 6 0高强 混凝 土 的一 些 基本 力 学性 能
9、进行 试 验 研究 。制作了不掺纤维的基准混凝土和掺量不同 的聚丙烯纤维混凝土试件 试件编号和对应 的纤 维掺量如表 6所示 吉林水利 聚丙烯纤维高强混凝土的配制及基本力学性能试验研究 朱朝艳等2 0 1 6年 0 1月 5 4 53 表 6 试验编号及纤维用量 试件编号 聚丙烯纤维用量 ( k 咖 ) C6 0 J O9 儿 8 0 o 9 1 8 3 1 试 验结 果 本试验测定 C 6 0高强混凝土 2 8 d立方体抗压 强度 、 劈裂抗拉强度 、 抗折强度 , 其试验结果如表 7 所示 。 3 2试验 结果 分析 抗 压 强 度 是 混 凝 土 力 学 性 能 的 最 主 要 标 准
10、是确定混凝土强度等级的依据 。由表 6可看出, 在 混凝土中掺入聚丙烯 纤维 随着掺入量 由 0 9 k g m , 增加到 1 8 k g m3 C 6 0混凝土的立方体抗压强度有 表 7 聚丙烯纤维 高强混凝土 力学性能试验结果 所降低 , 但仍能满足 C 6 0混凝土的配制要求 。总体 上掺入少量聚丙烯纤维 的混凝土抗压强度 的降低 幅度很小 。 几乎可忽略不计 。另一方面 , 在高强混 凝土中掺人聚丙烯纤维 随着纤 维掺量的提高 , 劈 裂抗拉强度有较大幅度增长 。 掺量为 1 8 k m3 时 劈裂抗拉强度可提高 l 8 可见掺人少量 聚丙烯 纤维可明显提高高强混凝土的劈裂抗拉强度
11、由 表 6聚丙烯纤维高强混凝土的拉压 比数据可 以看 出 聚丙烯纤 维掺量在 O 1 8 k g m 3 范 围时 , 拉压 比在 0 0 6 7 0 0 8 0之 间变 化 随 着纤 维掺 量 的增 加 拉压 比逐渐增大 说 明聚丙烯纤维对高强混凝 土抗拉 、 抗裂性能有 明显 的改善效果 。试验过程中 还发现 纤维的加入使混凝土 的延性和韧性得到 增强 使得高强混凝土的破环形态 由突然发生 的 脆性破坏转变为有一定延性 的破坏形态 。 由表 6可以看 出高强混凝土 中聚丙烯纤维 的掺量为 0 9 k m3 时 抗折强度提高了 8 7 。 掺量 升高到 1 8 k m 3 时只提高了 1 4
12、 。说明在高强混 凝土中掺加聚丙烯纤维 可使混凝土的抗折强度 有一定程度提高 。 但呈现先增大后降低 的特点 , 因 此存在一个最佳掺量 4 结语 本文在高强混凝土中掺入聚丙烯纤维研究纤 维掺量对基本力学性 能的影响 通过对试验结果 进行分析 , 得出以下结论 : 1 )与未掺 聚丙 烯纤维 的基准 高强混凝 土相 比在高强混凝土中掺加聚丙烯纤维立方体抗压 强度会有几 乎可忽略不计的微小降低 但混凝土 中掺加聚丙烯纤维 可显著地提高劈裂抗拉强度 , 并随纤维掺量 的增大而逐渐增大。 2 ) 聚丙烯纤维掺量在 0 一1 8 k g m。 , 拉压 比在 0 0 6 7 0 0 8 0之间变化 且
13、 随聚丙烯纤维的掺量增 加而增大 表明掺人 聚丙烯纤维可提高高强混凝 土 的抗裂 性 3 ) 掺加聚丙烯纤维 抗折强 度得 到一 定程度 的提高 随着聚丙烯纤维掺量 的增加 抗折强度先 上升后下降 在本文的试验 中当聚丙烯纤维 的掺 量为 0 9 k m 3 时 , 抗折强度达到最 大 , 因此最佳掺 量为 0 9 k g m 。口 参考文献 : 【 l 】 李敏 高强混凝 土受火损伤 及其综合评价研 究【 D 】 东南大学博士 学位论文 2 0 0 5 【 2 】 康祥梅 高强混凝土 的干缩及 自收 缩性 能研 究 西南科技 大学 学报 , 2 0 1 2, 2 7 ( 1 ) : 3 7
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