纤维及矿物掺合料对混凝土的性能影响研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 8 期 (总 第 2 6 2 期 ) N u mb e r 8 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及 辅助物料 M AT ERI AL AND ADM I NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 3 0 纤维及矿物掺合料对混凝土的性能影响研究 杭美艳 ,史东波 ,曲树强 ,张冰 , ( 1 内蒙古科技大学,内蒙古 包头 0 1 4 0 1 0 ;2 包头市建筑工程质量监督站,内蒙古 包头 0
2、1 4 0 1 0 ) 摘要: 以坍落度和抗压强度为指标, 采用正交试验方法研究了掺纤维以及矿物掺合料( 粉煤灰、 矿渣粉) 对混凝土性能( 如: 坍落度、 黏 聚性 、 强度 、 抗裂性等 ) 的影响 。 通过试验 , 得出并 分析了各 因素 的影响特点 。 结合 当地产的材料特点总结 出矿物掺合料 和纤 维的一个最佳 掺量 , 并通过最优配合 比与基准( 不掺纤 维) 混凝土 的对 比研究纤维的抗裂性能 。 关键词 : 正交方法 ;抗裂性能 ;聚丙烯氰纤维 ;坍落度 ;强度 中图分类号 : T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 (
3、 2 m 1 ) 0 8 0 0 9 1 0 3 I mpa c t On t he pr op er t i e s of c onc r e t e wi t h fibe r and mi n er a l a dmi x t ur e s H ANGMe i - y a n , S H I Do n g - b o , QUS h u - q i a n g , Z HA NGBi n g ( 1 I n n e r Mo n g o l i a Un i v e r s i t yo f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y , B a o t
4、 o u 0 1 4 0 1 0 , C h i n a ; 2 Q u a l i t y S u p e r v i s i o n S t a t i o n o f C o n s t r u c t i o n P r o j e c t i n Ba o t o u , Ba o t o u 0 1 4 0 1 0 , C h i n a ) Ab s t r a c t : B y s l um p a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a s a n i n d e x , t h i s p a p e r s t u d i
5、e s t h e e f f e c t o f t h e p r o p e r t i e s( As sl um p , c o h e s i v e n e s s , s t r e n g t h, c r a c k i n g - r e s i s t a n c e , e t c ) o f c o n c r e t e mi x e dfi b e r a n dmi n e r a l a d mi x t u r e s( fl ya s h, s l a g ) b yu s i n gthe o r t h o g o n a l e x p e ri
6、me n t a l me t h o d T h r o u g hthe e x p e rime n t , we c a n g e t a n d ana l y z e the c h a r a c t e ris t i c s o f v a r i o u s f a c t o r s Ac c o r d i n g t o t h e l o c a l ma t e ria l c h a r a c t e r i s t i c s a n d o b t a i n a b e s t c y an i d e d o s a g e o f t h e mi
7、 n e r a l a d mi x t u r e s a n d fi b e r , a n d t hro u g h c o mp a ri s o n in the o p t i mu m c o n t e n t o f c o n c r e t e and t h e r e f e r e n c e c o n c r e t e ( wi t h o u t fi b e r ) t o s t u d y the r e s i s t an c e pe rfo r m an c e o f fi be r Ke y w or ds : o r t h o g
8、o n a l me t h o d; c r a c k r e s i s t a n c e ; p o l y p r o p y l e n e fi b e r ; s l um p; s tre n g t h 0 引言 近年来, 矿物掺合料在混凝土中的大量应用不仅能改善混 凝土的性能还能大幅度的减少水泥的用量, 而且复掺效果要优 于单掺的效果, 在实际工程中已得到广泛的应用嘲 , 尤其塑性阶 段的混凝土板同时纤维作为一种新型的混凝土防裂材料 , 能有 效地控制混凝土的非结构裂缝, 提高混凝土材料的抗拉强度及 韧性 ; 同时可提高构件的承载力、 改善结构的延性园 。 因此在大 掺
9、量矿物掺合料混凝土中掺入纤维不仅能够提高其抗裂性能 最重要的是改善混凝土的耐久性。 1 试验材料及试验方法 1 1 原材料 水泥: 包头草原牌 P 0 4 2 5 级水泥 , 其物理性能见表 1 。 粉 煤灰 : 包头达电 I I 级粉煤灰 , 其物理性能见表 2 。 矿粉 : 包头宏 伟生产的 $ 7 5级矿粉 , 其物理性能见表 3 。 砂子 : 中砂细度模数 Mx = 2 7 , 含泥量为 3 2 。 石子 : ( 5 - 3 1 5 mm) 的连续级配碎石。 水: 自来水。 外加剂: 包头钢鹿牌引气型高效减水剂, 掺量为胶 凝材料的 0 7 。 纤维: 北京产的聚丙烯氰纤维, 长度为
10、9 r n r n 。 1 2配合 比设 计及试 验 方法 混凝土设计强度为 C 3 0 , 采用 正交 试验原理进行设计 , C 3 0 基准混凝土配合比为水泥: 砂子: 石子: 水: 外加剂 = 3 7 8 : 7 1 6 1 1 3 0 : 1 8 5 : 2 6 3 。 混凝土拌和试验参照 GB T 5 0 0 8 0 - - - 2 0 0 2进行试验。 收稿 日期 :2 0 1 l - 0 2 _ 0 1 表 1 水泥的物理性能 细度 ( O 0 4 5 mm) 比表面积 烧失量 2 8 d活性指数 需水量 比 ( m2 k g ) 抗 压 、 抗折强度试验参 照 G B T 5
11、0 0 8 1 -2 0 0 2进行试验 , 抗折试 件成型为 1 0 0 mmx l O 0 mmx 4 0 0 i n l n , 抗压试件成型为 1 0 0 mmx 1 0 0 m mx l O 0 m m, 振动后放在标养室( 温度( 2 0 3) , 相对湿 度 9 5 ) 进行养护。 本试验采用 ( 3 ) 正交表安排, 各因素及水 平见表 4 。 2 试验 结果的分析 2 1 各因素对坍落度的影响 由表 6 及图 1 可得对坍落度的影响的主次顺序为: c A B 误差。 各因素比较好的水平为 A B c 。 纤维的掺量和粉煤灰的掺 91 表 4 正交试验因素水平表 k 。 ( 3
12、 ) 注: 粉煤灰、 矿粉的水平掺量为胶凝材料的取代率。 对混凝土的坍落度影响比较大。 粉煤灰的球状颗粒表面光滑致 密在混凝土拌合物中能起滚珠作用 。 新拌混凝土中水泥颗粒 易聚集成 川 , 粉煤灰的掺入能有效地 分散 水泥颗粒 , 释放更多的 浆体来润滑骨料, 增大了拌合物的流动性。 从图 1 可以看出粉煤 灰掺量由 2 0 2 5 t ,t 对坍落度影响较大能显著的提高坍落度。 低掺量纤维能均匀的分布在混凝土中, 但由丁混凝土中纤维吸附 了一定的水分, 而且纤维的加入阻碍了混凝土的流动从而导致混 凝土的坍落度降低。 随着掺量的增加坍落度会显著的下降, 掺量增 加时要吸附更多的水 , 易相互
13、n发附成束 、 成 , 影响其在混凝土中 表 5 正交试验结果 自 A B C D坍落度 2 8 d 抗折强度 抗压强度 MP a 骊 粉 煤灰 矿粉 纤 维 夺 列 M P a i 的均匀分布, 进而影响混凝土的和易 l生。 因此根据试验结果 叮知纤 维的掺量为 1 0 ( 按体积掺量) 最为合适。 矿渣对混凝土的坍落度 的影响不是很大, 其主要作用增强混凝土的黏聚性以及降低水化 热和保证混凝土的后期强度, 根据试验结果矿粉的掺量应为 3 5 表 6正交试验极差分析表 A l A2 A3 Bl B2 B3 C l C2 C3 素 与水平 图 1 各因素对坍落度的影响 2 2 各 因素对抗压强
14、度的影响 南表 6和图 2 ( 7 d强度 ) 可以看 对抗 强度的影响的主 次顺序为: A c 误差 B, 各冈素比较好的水平为 A B C 。 A的 素影响最大 , 为主要凶素, 即随着粉煤灰的掺量的加大混凝 9 2 土强度逐渐降低的。 【大 I 为粉煤灰巾主要活性物质吸附了一层水 膜 , 活性难以很快被激活, 强度增长慢。 而粉煤灰和矿渣的活性 主要是靠混凝土中的水泥水化产物 C a ( O H) , 激活。 矿渣的活性 要高于粉煤灰的活性, 因此矿渣对混凝土强度的影响没有粉煤 灰显著。 由表 6的极差分析也可以看出矿渣的影响比较小 , 说 明矿渣在早期活性就被激发出来 , 从 图 2的
15、 7 d 强度可以看 随 着 矿渣 掺量 的加大混凝土强度也有下降 的趋势 。 复掺粉煤灰 与 矿渣和水泥颗粒之间 可以形成 良好 的相互填充作用 , 从而有效 提高混凝土的力学性能口 。 纤维的掺入对混凝土的抗压强度没 有太大的影响, 纤维在混凝土巾就相当于纤维筋 , 在混凝土中 能传递一部分应力, 即起到了加筋的作用 , 从而提高了韧性 从 试块的破坏形态仍保持原样也可以说明这一点 当 昆 凝土中加 卯 巡艇塞 30 2 8 要2 6 餐 : 出 2 2 2 0 I8 4 ; 皇 4 3 5 A 1 A 2A 3 B 1 B2 B3 C 1 C2 C3 因素 与水平 ( a ) 7 d A
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