纤维混凝土的性能试验研究.pdf
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1、水 力 发 电 第 4 1 卷第 1 2期 2 01 5年 1 2月 纤 维 混凝 土 的性 能试 验 研 究 王 维红 ,孟 云 芳 , ( 1 宁夏大学土木 与水利工程学院 ,宁夏银川 I 7 5 0 0 2 1 ; 2 银川 能源学 院,宁夏永宁7 5 0 1 0 5 ) 摘要 :以复合生态纤维混凝土 、聚丙烯纤维混凝 土和钢纤 维混凝 土的耐 久性能为 主要 研究对象 ,研究 了不同种类 纤维对混凝土力学性能 、抗冻性能及抗冲磨性能的影响 ,并与基准混凝土进行 了对 比。研究结果表 明 :纤 维与矿物 掺和料 的叠加效应能进一步改善混凝土的力学性能特别是混凝土的劈拉强度 ,纤维 的掺入
2、对 抵抗水流 的冲磨能力 和 抗冻融能力具 有明显提 高作用 ,其 中掺量为 0 6 k g m 的复合生态纤维混凝土 的性能提高效果最好 。 关键词 :混凝 土;复合生态纤维 ;聚 丙烯纤维 ;钢纤维 ;力学性 能;抗冻性能 ;抗 冲磨性能 Ex pe r i me nt a l St u dy O i l t he Pe r f o r manc e s o f Fi be r Co nc r e t e W ANG W e i h o ng 一 M ENG Yu n f a ng , ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g
3、a n d Wa t e r C o n s e r v a t i o n ,N i n g x i a U n i v e r s i t y ,Yi n c h u a n 7 5 0 0 2 1 ,Ni n g x i a ,Ch i n a ; 2 Yi n c h u a n E n e r g y I n s t i t u t e ,Y o n g n i n g 7 5 01 0 5 ,Ni n g x i a ,C h i n a ) Abs t r ac t :Ta k i n g t h e du r a b i l i t y o f c o mp o u nd e
4、c o l o g i c a l f i be r c o u c r e t e,p o l y pr op y l e n e f i b e r c o n c r e t e a n d s t e e l f i be r c o n c r e t e a s r e s e a r c h s u b j e c t s ,t h e i n fl u e n c e s o f d i ff e r e n t f i b e r s o n c o n c r e t e S me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ,f r o s t
5、 r e s i s t a n c e a n d a b r a s i o n r e s i s t a n c e a r e e x p e r i me n t a l l y s t u d i e d a nd c o mp a r e d wi t h b a s i c e o ne r e t e T he r e s u l t s s ho w t h a t t h e fibe r a n d mi n e r a l a d mi x t ur e c a n i mp r o v e c o n c r e t e s m e c ha n i c a l
6、p r o p e r t i e s , e s pe c i a l l y t h e t e ns i l e s t r e n g t h , a nd t he a dd i ng o f f i b e r ma y s i g n i f i c a n t l y i mp r o v e t h e f r o s t r e s i s t a nc e a nd a b r a s i o n r e s i s t a n c e o f c o n c r e t eI t S i nd i c a t e d t h a t t h e e ffe c t o
7、f a dd i ng c o mpo un d e c o l o g i c a l fibe r wi t h v o l u me e o l i t e n t o f 0 6 k g m i s t he b e s t Ke y W or d s :c o n c r e t e;c o mp o un d e c o l o g i c a l f i be r ; p o l y pr o py l e n e f i b e r ; s t e e l fi be r ; me c h a ni c a l p r o p e r t i e s ; f r o s t r
8、 e s i s t a n ce ; a b r a s i o n r e s j s t a n c e 中图分类号 :T V 4 3 1 3 ;T U 5 2 8 5 8 文献标识码 :A 文章编号 :0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 5 ) 1 2 一 O 2 O 4 高 速 含 砂 石 水 流 对 水 工 建 筑 物 的 冲 蚀 破 坏 屡 见 不 鲜 ,我 国 近 7 0 的 大 型 水 工 建 筑 物 由 于 高 速 水 流 的 冲 磨 、气 蚀 而 产 生 破 坏 。 这 种 破 坏 常 发 生 在 水 工 建 筑 物 的 溢 洪 道 、消 力 池 、泄 水 闸
9、 底 板 、输 水 廊 道 以 及 排 沙 孑 L 等 部 佗 , 大 多 数 破 坏 儿 乎 都 是 不 可 修 复 的。故对 这种 被高 速含 沙水流 冲蚀 的建 筑物 而言 , 混 凝 土 的抗 冲磨 能 力 、抗 裂 性 等 均 有 较 高 要 求 。 近 年 来 ,针 对 水 工 建 筑 物 的 抗 冲 磨 损 问 题 , 国 内外 研究 人员 已经 做 了较 多 的工 作 ,并 取 得 了一 些 研 究 成 果 。但 对 多种 纤 维 混 凝 土 的抗 冲 磨 性 能 对 比研 究 报 道 较 少 ,本 文 以 复 合 生 态 纤 维 混 凝 土 、 聚 丙 烯 纤 维 混 凝 土
10、 和 钢 纤 维 混 凝 土 的 耐 久 性 为 主 要 研 究 对 象 , 通 过 对 比 试 验 ,研 究 了 复 合 生 态 纤 维 混 凝 土 、聚 丙 烯 纤 维 混 凝 和 钢 纤 维 混 凝 土 的 力 学 性 能 、 抗 冻 性 能 和 抗 冲磨 性 能 ,选 出 最 优 的 抗 冲磨 方 案 。 1 原材料及试验方法 1 1 原 材料 ( 1 ) 水 泥 。 宁 夏 赛 马 牌 P O 4 2 5 R 级 水 泥 。 ( 2) 粉 煤 灰 采 用 宁 夏 银 川 热 电 厂 生 产 的 I级 粉 煤 灰 。 ( 3 ) 粗 骨 料 。 碎 石 、 大 石 ( 5 2 5 I
11、l l n 1 )、 中 石 ( 9 52 0 I ll 1 1 3 )、, J 、 石 ( 4 7 51 6 1 1 1 il 1 ) , 大 、 中 、 J 、 石 比例 为 8 : 4 : 1 。 掺 配 后 得 到 的 石 子 的 物 理 力 学 性 能 收 稿 日期 :2 0 1 5 0 4 1 3 作者简介 :王维红( 1 9 8 9) ,女 ( 满族 ) ,熙龙江绥 化人 ,博士 研究生 ,主要从事水上结构材料研究;盂云芳 ( 通汛作者) 第 4 1卷第 1 2期 王维红 , 等: 纤维混凝土的性能试验研究 指 标 见 表 1 。 表 1 粗骨料物理力学性 能 最大粒径表观密度堆
12、积密度空隙率含泥量压碎指标针片颗粒 m i l l k g m k g i n 含量 2 0 2 6 8 4 1 4 7 0 4 5 2 0 1 2 7 , 8 1 0 3 ( 4) 细集料 。采用 宁夏 镇北堡产 的人 工水洗 山砂 , 中砂 ,细 度 模 数 为 2 7 8,表 观 密 度 为 2 7 3 5 k g m , 含 水 率 为 1 9 6 。 ( 5 ) 橡胶 集 料 。6 0 目橡 胶 粉 ,橡 胶 粉 的堆 积 密 度 为 0 3 7 5 g e m 。 ( 6 ) 减 水 剂 。NF型 萘 系 减 水 剂 。 ( 7) 纤 维 。 钢 纤 维 。 采 用 天 津 资 利
13、 金 属 线 材 厂 生 产 的 波 浪 剪 切 型 钢 纤 维 , 长 3 5 mm,长 径 比 为 5 0,抗 拉 强度 为 6 5 0 MP a 。 聚 丙 烯 纤 。维 采 用 山 东泰 安 同伴 工 程 塑料 有 限 公 司 生产 的束 状 单 丝 状 聚 丙 烯 纤 维 ,长 1 9 mm,纤 维 直 径 3 3 m, 抗 拉 强 度 5 3 0 MP a 。 复合 生态纤 维 。采用 上海 罗洋 新 材料 科 技 有 限公 司产 品 博 凯 超纤 维 ( Ul t r a F i b e r 5 0 0) ,主 要 性 能 指标见 表 2。 表 2 博凯超纤维( U lt r a
14、 F i b e r 5 0 0 】 性能指标 长度 旦尼尔 纤维直径 密度 比表面积 弹性模抗拉强 m I ll g 9 0 0 0 m。 m k g m c n l g 量 MP a 度 MP a 】 9 2 3 2 03 O 】 41 7 1 1 2 5 0 0 0 8 5 O 0 6 0 0 9 0 O 1 2 试验 方法 本 试 验 混 凝 土 设 计 强 度 等 级 为 C 6 0,通 过 正 交 试 验 测 定 的 结 果 ,得 出 复 合 生 态 纤 维 混 凝 土 、 聚 丙 烯 纤 维 混 凝 土 和 钢 纤 维 混 凝 土 的 最 优 配 合 比 , 最 优 配 比 为
15、水 胶 比 为 0 3 2,粉 煤 灰 为 胶 凝 材 料 总 质 量 2 0 ,橡 胶粉 为胶 凝材 料总质 量 2 ,复 合生 态纤 维 为 0 6 k g m , 聚 丙 烯 纤 维 为 0 9 k g m , 钢 纤 维 为 7 0 k g m 。 安 排 一 组 基 准 配 合 比 的 混 凝 土 ,一 组 配 比与优 选组 相 同但 不 外 掺 纤 维 的 高性 能 混凝 土 ,总 共 5组 试 件 进 行 强 度 对 比 ,配 合 比如 表 3所 示 。 表 3试 验 配 合 比 抗 压 强 度 和 劈 裂 抗 拉 强 度 试 验 。 采 用 1 O 0 mi l l X 1 0
16、 0 mil l 1 O 0 l n m 的立方 体试 件 ,依 据 GB T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( 普 通混 凝土力 学性能试验方法 标准 进行试验 。 抗 冻性 能 试 验 。采 用 GB T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9普 通 混凝 土 长期性 能 和耐久 性能 试验 方法标 准 中推荐 的 混 凝 土 抗 冻 性 试 验 ( 快 冻 法 )的 标 准 进 行 冻 融 循 环 试 验 ; 以混 凝 土 试 件 冻 融 循 环 后 的 质 量 损 失 率 或 相 对 动 弹 性 模 量 作 为 评 定 指 标 。 混凝 土抗 冲磨 试验 。按 照 S L 3 5
17、2 - 2 0 0 6 水 工 混 凝 土 试 验 规 程 采 用 混 凝 土 抗 冲 磨 试 验 ( 水 下 钢 球 法 ) 进 行试 验 。混凝 土抗 冲磨 指标 以抗 冲磨 强度 或磨 损 率 表 示 。 试验设 备 主 要 部 件 有 :能 夹 固搅 拌 桨并 使其 以 1 2 0 0 r mi n速 度 旋 转 搅 动 钢 球 的 电 磁 调 速 电 机 ; 内 径 为 3 0 2 mm, 高 4 3 0 i n i n 的 钢 筒 ; 内 径 为 2 9 9 n l m, 高 1 O 0 1 In 的金 属 圆环 试模 ;研磨 料 为 7 0个研 磨 钢 球 ( 包 括 l 0 个
18、 2 5 4 I l l I l l ,3 5 个 西l 9 1 mm,2 5个 击1 2 7 mm)。 2试验结果 与分析 2 1 混凝 土 力学性 能 根 据上述 配合 比及 试 验 方 法 制 作 试 件 ,并 将 试 件 分 别 标 准 养 护 7、2 8、5 6 d,测 得 混 凝 土 的 抗 压 强 度 和劈 裂抗拉 强度 ,测 定结 果如 表 4所 示 。 表 4混凝土强度对 比试验结果 MP a ( 1 ) 抗 压 强 度 。 与 J组 相 比 ,F组 7、2 8、5 6 d的 混 凝 土 抗 压 强 度 分 别 降 低 了 8 1 、 1 0 9 、8 9 。 与 F组 相
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