混杂纤维混凝土早龄期抗裂性能试验研究.pdf
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1、第 3 4卷第 1 期 2 0 1 3年 2月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f No r t h Chi n a I ns t i t ut e o f W a t e r Co n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c Po we r Vo 1 3 4 No 1 Fe b2 01 3 DOI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 0 1 3 O 1 0 1 2 混杂纤维混凝 土早龄期抗裂性能试验研究 邢 通 ,曹晨 杰 ,宋丽 莎,孙 丽 ,霍洪媛 ( 华北水利水 电
2、学 院 土木 与交通学院 , 河 南 郑州 4 5 0 0 4 5 ) 摘 要 : 选取强度等级 C F 4 0和 C F 5 0混凝 土 , 在混杂纤维混凝土配合 比三元叠加法试验基础上确定配合比 : 在钢纤 维体积分数固定为 1 时 , 聚丙烯纤维 掺量在 0 31 5 k g n 内按级差 0 3 k g m 取 5个水 平; 在 聚丙烯 纤维掺量为 0 9 k g m 时 , 钢纤维体积分数 在 0 5 2 0 内按 级差 0 5 取 4个水平 , 研 究纤 维的不 同 掺量对混凝土早龄期抗裂性能的影 响以及试件裂缝形态 的变化 结 果表 明 , 钢 一聚丙烯 纤维混杂具有耦 合 提高
3、混凝土早龄期抗裂性能的作用 , 早龄期抗裂性能随纤维掺量的增加 而提高 ; 钢纤 维体积分数和 聚丙烯 纤维掺量存在合理有效值 纤维混杂可以协同阻裂和限裂 , 使混凝土裂缝 由宽 、 长形态调整为细 、 短形态 关键词 : 混杂纤维混凝土 ; 钢纤维 ; 聚丙烯纤维 ; 早龄期 ; 抗裂性能 中图分类号 : T U 5 2 8 5 7 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 3 ) 0 l 一 0 0 5 0 0 4 混凝 土 出现早期 裂缝 主要是 因 为混凝 土表 面水 分 蒸发 、 散失 , 内部 水 分 向表 面迁 移 , 使 得 混凝 土
4、 内 部 出现拉 应力 当混 凝 土 内部 的塑 性 收 缩 产生 的应 变 超过 极 限拉 应变 时 , 混 凝土 内部就 会 出现裂缝 混 凝 土 的早 期抗 裂性 能 关 系 到混 凝 土 结 构 的使 用 寿 命 , 而掺 人纤维 可 以使其抗 裂 能力得 到提 高 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 核 心 混 凝 土本 身具有 多相 、 多组分 、 多 尺度层 次 的非 均 质结构 特征 , 单掺 纤维增 强作 用有 限 , 而掺 入不 同尺 度和不 同性 能的纤 维混 杂增
5、 强 , 可 以使 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 , 从而提高 混凝 土材料 的性 能 目前 国 际上 一致 认 为 纤 维混 凝土是提高混凝土早期抗裂性和韧性的有效方法之 一 【 3 将 高 弹性模 量 的钢纤 维 和低 弹性 模 量 的聚 丙 烯纤 维混 杂应 用 于 高 性 能 混凝 土 中 , 充 分 发 挥 “ 正 混杂效应” 是混凝土领域新的研究热点 纤维混凝 土结构技术规程 ( C E C S 3 8 : 2 0 0 4 ) 中增加 了有关合 成纤维混凝土的内容 , 但对混杂纤维混凝土还没有 规范性 文件 笔者在混杂纤维混凝土配合比三元叠加法试验
6、 研究 的基 础上 , 通过 对 钢 一聚丙烯 混 杂 纤 维混 凝 土 的早 期抗 裂性 能 的试 验研 究 , 分 析 纤 维 的不 同 掺量 对 混杂纤 维混凝 土 早龄 期 抗 裂性 能 的影 响 , 为纤 维 混凝土结构技术规程的完善提供试验依据, 为实际 工程提 供参考 1 试验概况 试 验采用 4 2 5普 通硅 酸盐水 泥 , 连 续级配 碎 石 ( 粒径 5 2 0 m m) , 天然河砂 ( 细度模 数 3 3 ) , 钢板 剪 切型钢纤 维平均长度 4 1 0 3 m m、 等效 直径 0 8 6 6 m m、 长径 比4 6 , 束状单丝 聚丙烯纤维长度 1 9 m i
7、 l l 、 密度 0 9 1 g c m 混 凝 土外 加 剂 采用 聚 羧 酸 系 高性 能 减 水剂 ( 减 水 率 1 5 2 5 ) , 指标 符 合 混 凝土 外 加 剂规范 ( G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 ) 的要求 选取 C F 4 0, C F 5 0两个 强 度 等 级 和 下列 掺 量 组 合 : 钢纤维 体积 分 数 一定 ( 体 积 分 数 为 1 O , 裹 浆 厚度 1 m m) , 聚丙烯 纤维 掺量分 别 为 0 0, 0 3 , 0 6 , 0 9 , 1 2 , 1 5 k g m ; 聚丙 烯 纤维 掺量 一 定 ( 掺量 为 0 9 k
8、g m ) , 钢 纤 维体 积分 数分 别 为 0 0 , 0 5 , 1 0 , 1 5 , 2 0 ; 参照 纤维混凝土试验方法标准( C E C S 1 3 : 收稿 日期 : 2 0 1 2 1 1 1 7 基金项 目: 河南省教育厅 自然科学研究计划项 目( 2 0 1 0 A 5 7 0 0 0 2 ) ; 清华大学 水沙科学 与水利水 电工程 国家重点实验 室开放基 金 ( s k l h s e一2 0 0 8一D一0 2) 作者简介 : 邢通 ( 1 9 8 6 一) , 男 , 河南南 阳人 , 硕士研究生 , 主要从事纤维混凝土材料与结构方面的研究 第 3 4卷第 1
9、期 邢通 , 等 : 混杂纤维混凝土早龄期抗裂性能试验研究 5 1 2 0 0 9 ) 进 行混 杂纤 维 混凝 土 早龄 期 抗 裂 性 能 对 比试 验 试 件 尺 寸 为 6 0 0 m m 6 0 0 m m 6 3 m m 的平 面薄板 , 模 具边 框用 6 3 m m 4 0 m m 6 3 m m 的槽 钢制作 , 边框内设直径 6 、 间距 6 0 mm的双排栓钉 , 栓钉 长度 分别 为 5 0 , 1 0 0 m m 间 隔 布置 ; 模 底 板采 用 厚度不小于 2 0 mm的密度板 , 底板上铺双层塑料薄 膜隔离层 浇筑试块时, 将拌和料沿钢模边缘螺旋式 向试模 中心
10、进行浇筑 , 至其 自动流满整个钢模 , 然后 沿试模表面快速刮平试件 浇筑振实抹平 后立 即开 始暴露试 验, 在 温度 2 0 o C5 , 相 对湿度不 大于 6 0 的环境 中, 每个试件各用 1台电风扇吹试件表 面, 风向平行于试件表面 , 电风扇功率不小于 1 0 0 W, 试 件上 表 面风速 为 4 5 m s 裂 缝 观测 在 浇筑 成 型 2 4 h后 开 始 表 1配合 比参数组合 2 试验结果及分析 2 1 裂缝 名义面 积和 裂缝 降低 系数 结果及 分析 用 直 尺及 读 数 显微 镜 读 出裂 缝 的长度 和 宽 度 根据裂缝长度和宽度计算试件的裂缝名义总面积 在
11、钢纤维体积分数为 1 时, 其基准对 比试件为不 矗 惶 蓝 暴 竖 世 图 1 聚丙烯纤维不同掺量时裂缝名义总面积和 降低 系数的变化 从 图 1可以看出, 在钢纤维掺量为 1 时 , 随着 聚丙烯掺量的增加 , 裂缝面积明显减小 , 混杂纤维混 凝土的早期抗裂性能随着聚丙烯纤维掺量的增加而 提高 当聚丙烯纤维掺量仅为 0 3 k g m 。 时 , 两个强 度 的混 凝 土 的裂 缝 面 积 均 有 一 定 的减 小 , C F 4 0和 C F 5 0混凝土的裂缝降低系数分别为 1 9 1 和 1 5 9 ; 当聚丙烯纤维掺量 为 1 5 k g m 时 , 裂缝 降低 系数 分别为 8
12、 3 9 和 8 1 1 由此可 以看 出, 聚丙烯纤 维对提高混杂纤维混凝土的早期抗裂性能有 明显作 用 混凝土基体在早龄期强度较低 , 受到水泥水化反 应产生的水泥浆体 自收缩拉应力和干缩拉应力共 同 掺加聚丙烯纤维的钢纤维混凝土试件 ; 同样 , 在聚丙 烯纤维掺量为 0 9 k g m 时 , 基准对 比试件为不掺 加钢纤维的试件 , 由此计算出裂缝降低系数 聚丙烯 纤维和钢纤维掺量对裂缝名义总面积和裂缝降低系 数 的关系分别如图 1和图 2所示 吕 毒 渣 g 图 2 钢纤维不同掺量时裂缝名义总面积和 降低系数的变化 作用时 , 极易产生微裂缝 钢纤维 的弹性模量较高 , 能桥接在宏
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