聚酯纤维引气道面混凝土冻融强度试验研究.pdf

2 0 1 3年第 1期 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONCR ET E AND C EME NT P RO DUC 2 0 1 3 No 1 J a n u a r y 聚酯纤维引气道面混凝土冻融强度试验研究 翁兴 中 ，沈 哲 ， 李永毅 ， 胡栓科 。 (1 空军工程大学机场建筑工程系 ， 西安 7 1 0 0 3 8 ； 2 空防二处 ， 沈阳 l 1 0 0 2 1 ； 3 空防四处 ， 宝鸡 7 2 1 0 0 6 ) 摘要 ： 北方机场道 面水泥混凝土对抗 冻性 和强度的要求较 高 ， 在 引气混凝土 中掺入 聚酯纤维 ， 可在满足 混凝 土抗 冻性要 求的同时， 提 高混凝土的强度。试验表明 ， 聚酯纤维掺量存在 着最佳含量 。 在该掺量 下， 可以有效地提 高 混凝土冻融后 的抗 压、 劈裂和抗弯拉强度。 关键词 ： 机场工程 ； 水泥混凝土道 面； 聚酯纤维； 冻融 Ab s t r a c t ：B e c a u s e o f t h e h i g h r e q u i r e me n t f o r t h e f r o s t r e s i s t a n c e a n d s t r e n g t h o f p a v e me n t c o n c r e t e i n N o r t h e r n a i r p o r t t h e p o l y e s t e r fi b e r i s u s e d i n t o a i r - e n t r a i n e d c o n c r e t e t o i mp r o v e t h e f r o s t r e s i s t a n c e a n d s t r e n gth o f c o n c r e t e T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e p o l y e s t e r fi b e r h a s t h e o p t i mu m c o n t e n t ， I l e c o mp r e s s i v e t h e s p l i t t i n g a n d t h e b e n d i n g s t r e n gth s o f c o n c r e t e a r e i mp r o v e d wi t h t h i s o p t i mu m d o s a g e Ke y wo r d s ：Ai r p o rt e n g i n e e r i n g ； C e me n t c o n c r e t e p a v e me n t ； P o l y e s t e r f i b e r ； F r e e z i n g t h a w 中图分类号 ： T U5 2 8 5 7 2 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 1 5 0 - 0 4 0前 言 我国的东北 、 华北和西北地区均属于季节性冰 冻地区。在冬季 ， 机场水泥混凝土道面受冻融循环 作用 ， 会产生冻融损坏 ， 这不但对机场道面 的使用 性能影响很大 ， 还会缩短其有效使用寿命 。目前， 提 高混凝土抗冻性最普遍且有效 的方法是在混凝 土 中掺入引气剂 ， 使混凝土具有一定 的含气量 ， 以达 到提高抗冻性的 目的。但引气剂的掺人会降低混凝 土的强度 ， 有时甚至会使混凝 土强度达不 到设计要 求。在混凝土掺入 聚酯纤维 1 - 4 ， 可以改善混凝土内 部原生裂缝 的形态 ，改善混凝土内部的应力分布 ， 提高其抗拉强度 ， 弥补由于引气剂掺入对混凝土强 度造成的损失 。 1 试 验原 材料 和配 合 比 1 1 原 材料 水泥 ： 4 2 5 R级硅酸盐水泥。 砂 ： 中砂 ， 细度模数 为 2 6 7 ， 表 观密度 2 6 3 0 k # I n ， 堆积密度 1 5 3 0 k m 。 。 石 ： 花岗岩碎石 ， 表观密度 2 7 1 0 k m ， 堆积密度 1 6 1 0 k g m ， 压碎指标 1 1 2 ( 质量分数 ) ， 分 5 - 2 0 mm 和 2 0 4 0 m m 两种 级配进 行混 配 。 聚酯纤维 ： 技术指标如表 1 所示。 表 1 聚酯纤维 的技术性 能指标 引气剂 ： 松香 热聚物类 ， 各项技术指标符合规 范要求。 1 2 配合 比 按照 G J B 1 1 1 2 A 一2 0 0 4 军用机场场道工程施 工及验收规范 【 5 J 要求 ， 军用机场水泥混凝土道面的 混凝土设计抗弯拉强度应 大于 5 0 MP a ， 维勃稠度为 1 5 2 0 s ， 水灰 比( 水胶 比) 不大于 0 4 6 ， 水泥用量不小 基金项 目： 总后科 研项 目( Z H1 1 3 5 0 0 7 ) 。 一 5 0一 于 3 0 0 k m3 o 按 照该要求 ， 确定基准水泥混凝土的配 合 比如表 2所示 。由于聚酯纤维和引气剂的掺量都 很少 ，可采用外掺法确定聚酯纤维和引气剂 的掺 量， 即保持混凝土的配合比不变， 按需要采用不同 表 2 混凝土配合比 k g m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 翁兴 中， 沈哲 ， 李永毅 ， 等 聚酯纤维引气道面混凝土冻融强度试验研究 的聚酯纤维和引气剂掺量。 2试验方法 冻融试验 以聚酯纤维掺量 和引气剂掺量为 变 化参数 ，共制作 了 1 6 0个 尺寸为 l O O m mx l O O mmx l O O mm 和 8 0个尺 寸 为 1 0 0 mm l o 0 m m 4 0 0 mm 的 试 件 ， 混凝土设计抗弯拉强度为 5 0 MP a ， 试件分组 情况见表 3 。 试件成型后放人标准养护室 ， 养护龄期 为 2 8 d 。 表 3 试件分组情况 冻融循环试验按照 G B rr 5 o 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 圈 中抗冻性能 试验 的快冻法进行 ， 即循环历 时 2 0 4 0 h ， 降温 历 时 1 0 2 5 h ， 升温历时 1 0 1 5 h ， 在冷冻 和融化 过 程 中，试件 中心最低 和最 高温度应 分别控 制在 ( 一 1 8 2 ) o C 和( 5 2 ) 内。 在任意时刻 ， 试件 中心温度不 得 高 于 7 ，且 不 低 于一 2 0 。其 它条 件 按 G B T 5 O 0 8 2 2 o 0 9有关规定执行。 试验以 3个试件为一 组。 在养护龄期为 2 4 d时 ， 将试件在( 2 0 2 ) 的水 中 浸泡 4 d ， 浸泡时水面应高 出试件顶面 2 0 3 0 ra m。在 2 8 d 龄期时进行冻融试验。冻融循环结束后测试试 件 的抗压强度 、 劈裂强度及抗弯拉强度 。对 比试件 则放在标准养 护室 ， 直 至完成 冻融循 环后 ， 与抗 冻 试件同时进行试验 。 3 试 验 结 果与分 析 3 1 对混凝土抗压强度的影响 ( 1 ) 纤维掺量对抗压强度 的影 响 图 1 和 图 2分别为不同引气剂掺量 时， 聚酯纤 维掺量对混凝土试件抗压强度影响的试验结果。 从图 1 可 以看出 ， 冻融循环 5 0次和 1 0 0次 时 ， 随着聚酯纤维掺量的增加 ， 试件的抗压强度 出现最 大值 ， 说明纤维掺量具有最佳值 。 5 0次冻融循环时， 抗压强度值 的最大增幅为 1 7 2 。当冻融循环次数 为 1 0 0次时 ， 未掺加纤维试件 的抗压 强度有较大幅 度 的下降 ， 达 4 3 2 ； 而掺有聚酯纤维 的试件 ， 由于 纤维 的作用 ， 试件 的抗压强度下 降较少 ， 最大下 降 值为 3 1 3 ， 且随着纤维掺量的增加 ， 抗压强度的下 降逐渐趋于平稳。 从 图 2可以看 出， 当引气剂掺量为 0 0 2 时 ， 当 冻融循环次数一定时 ，随着聚酯纤维掺量 的增加 ， 试件的抗压强度出现最大值 ， 说明纤维掺量具有最 佳值。通过掺与不掺纤维混凝土试件的对 比可知 。 仅在混凝土 中掺人 0 6 k g m 。 的聚酯纤维 ，即可使试 件具有足够的抵抗 5 0次和 1 0 0次冻融循环作用的 能 力。 鼎 善 暖 聚酯纤 维掺t ( k g m3 ) 图 1 聚酯纤维掺量对抗压强度 的影 响 ( 引气剂掺量 0 0 1 5 ) 聚酯纤维掺量 ( k g m ) 图 2 聚酯纤 维掺量对抗压强度的影响 ( 引气剂掺量 0 0 2 0 ) ( 2 )引气剂掺量的影响 图 3是 引气剂 掺量对混凝 土试件抗压 强度的 影 响 。 由图 3可知 ， 当冻融循环次数一定 时 ， 随着引 气剂掺量的增加 ， 混凝土试件抗压强度增大 的趋势 并不明显。 3 2 对混凝土劈裂强度 的影响 ( 1 ) 聚酯纤维掺量对劈裂强度的影响 图4和图5分别为不同引气剂掺量时， 不同聚 酯纤维掺量对混凝土试件劈裂抗拉强度影响的试 验结果。 一 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 1期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 1期 霞 罨 鼎 瓠 凸 一 骥 0 0 0 0 0 01 5 0 0 2 0 引气剂掺量 图 3 引气 剂掺 量对 抗压 强度 的影 响 0O O 6 0 9 1 -2 聚酯纤维掺量 ( k m ) 图 4 聚酯纤维掺量对劈裂强度 的影响 ( 引气剂掺量 0 0 1 5 ) 00 06 0 9 1 2 聚酯纤维掺量 ( k m ) 图 5 聚酯纤维掺量对劈裂强度 的影 响 ( 引气剂掺量 O 0 2 0 ) 从 图 4可以看 出， 冻融循环 5 0次和 1 0 0次时， 随着聚酯纤维掺量的增加 ， 试件的劈裂强度值呈现 一 个最大值 ， 说明纤维掺量有最佳值。5 O次冻融循 环时 ， 劈裂强度最大增幅为 1 8。而当冻融循环次 数为 1 0 0次时， 未掺加纤维试件 的劈裂强度有较大 幅度的下降 ， 而掺加聚酯纤维试件 的劈裂强度下降 较平缓。 从图 4还可以看出 ，当冻融循环次数一定时 ， 随着聚酯纤维掺量的增加， 试件的劈裂强度呈现逐 渐增大并逐渐下降趋于稳定。5 0 次冻融循环时， 劈 裂强度最大增 幅为 1 3； 1 0 0次冻融循环时，劈裂 强度最大增 幅为 2 1 。由此说明， 在引气剂掺量一 定时 ， 聚酯纤维和引气剂共 同发挥作用 ， 使试件冻 一 5 2一 融后的劈裂强度降低幅度变小。 从 图 5可以看出， 引气剂掺量为 O 0 2 时， 当冻 融循环次数一定时，随着聚酯纤维掺量 的增加 ， 试 件的劈裂强度 出现最大值 ， 说 明纤维掺量具有最佳 值 。 虽然随着聚酯纤维掺量 的增加 ， 劈裂强度并没 有 出现增加的趋势 ， 但掺 聚酯纤维试件的劈裂强度 均大于不掺纤维混凝 土试件的劈裂强度 ， 说 明在混 凝土掺人聚酯纤维可以提高其冻融后 的强度。这主 要是 因为聚酯纤维改善 了混凝土的内在 品质 ， 减少 了内部缺陷数量和原生裂隙尺度 ， 提高 了混凝土 的 抗拉极限应变和断裂能 ， 使得冻融后 的混凝土能保 持较高的抗拉性能。随着 聚酯纤维掺量的增加 ， 纤 维对混凝土的引气效果会产生影 响， 数千万根纤维 会影响因引气剂所产生的气泡结构 ， 使得混凝土的 抗冻性能下降， 强度也相应降低。 ( 2 ) 7 l 气剂掺量对劈裂强度的影响 图 6为引气剂 掺量对混凝 土试 件劈裂强度影 响的试验结果。 宴 鼎 欲 00 0 0 0 01 5 0 0 2 0 引气剂掺量 图 6 引气剂掺量对劈裂强度的影响 从图 6可以看 出，当冻融循环次数一定时 ， 聚 酯纤维掺量为 0 9 k m 时 ，随着引气剂掺量 的增加 混凝土试件劈裂强度增大 的趋势并不明显 ， 甚至 出 现下降趋势。同样 ， 对于引气剂掺量存在着最佳掺 量。说明引气剂掺量 的增大 ， 使得混凝土 的含气量 增大 ， 混凝 土的有效断面减少 ， 虽然能提高混凝土 的抗冻融 能力 ， 但综合起来 ， 混凝土试件 的强度呈 下降趋势。 3 _ 3 对混凝土抗弯拉强度的影响 ( 1 ) 聚酯纤维掺量对抗弯拉强度的影响 图 7和图 8为不 同引气剂掺量下 ， 冻融循环作 用后 ，抗弯拉强度与聚酯纤维掺量关 系的试验结 果 。 从图7和图8 可以看出， 当冻融循环 5 0 次后， 掺有聚酯纤维试件的抗弯拉强度比未加聚酯纤维 如 加 m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 翁兴 中， 沈哲 ， 李永毅 ， 等 聚酯纤维引气道面混凝土冻融强度试验研究 的试件略有增加 。当冻融循环 1 0 0次后 ， 未掺加纤 维试件 的抗弯拉强度下降较大 ， 而掺有聚酯纤维的 试件 随着聚酯纤维掺量的增加 ， 试件 的抗弯拉强度 下 降幅度较小 。当冻融循环 1 5 0次后 ， 未掺加纤维 试件 的抗 弯拉强度下降更大 ， 而掺有聚酯纤维 的试 件 随着聚酯纤维掺量 的增加 ， 试件 的抗弯拉强度下 降幅度较小 。通过冻融循环 5 0次和 1 0 0次的对 比 可 以发现 ， 未掺加纤维 的试件随着冻融循环次数 的 增加 ， 其抗弯拉 强度值急剧下降 ， 而掺有纤 维的试 件随冻融循环次数的增加其抗弯拉强度下降较小 。 这种情况是 由于纤维和引气剂在混凝土 中的作用 机理不尽相同而致。当冻融循环次数少时 ， 聚酯纤 维在混凝土中的阻裂作用不能充分地发挥 出来 ， 当 达到一定 的冻融循环次数时 ， 聚酯纤维 的阻裂作用 可以得到充分的体现。 引气剂掺量， 图 7 聚酯纤维 掺量 对抗 弯拉强度的影响 ( 引气 剂掺量 0 0 1 5 ) 引气剂掺量， 图 8 聚酯纤维掺量对抗弯拉强度 的影 响 ( 引气剂掺量 0 0 2 0 ) ( 2 ) 引气剂掺量对抗弯拉强度的影响。 图 9为纤维掺量为 0 9 k g m。 时，冻融循环作用 后 ， 抗弯拉强度与引气剂掺量的关系。 由图 9可 以看 出，随着 引气剂掺量的增加 ， 试 件的抗弯拉强度基本上保持不变 ， 说明在本 试验用 引气剂掺量范围内， 在混凝土所产生的含气量对 昆 凝土抗弯拉强度 的影响较小 。但是 ， 随着 引气剂 的 掺量的增大 ， 混凝土的含气量必然也相应增大 。当 含气量达到某个值时 ， 混凝土的抗弯拉强度也会相 应减 少 。 Oo 0 O o 01 5 00 2 0 引气剂掺量 图 9 引气剂掺量对抗弯拉强度 的影 响 4结 语 军用机场水泥混凝土道 面所 采用的混凝土是 以混凝 土抗 弯拉 强度为标准进行 配合 比和道面结 构设计 的。在混凝土中掺入引气剂可以有效地提高 混凝土的抗冻性 ， 而聚酯纤维掺人到混凝土中可 以 改善混凝土的原始缺陷 ，提高混凝土 的抗拉强度 ， 弥补因引气剂掺入而导致 的混凝 土强度下降 ， 引气 剂和聚酯纤维共 同作用可 以达到提 高混凝 土抗 冻 性和强度的 目的。试验表 明， 聚酯纤维和引气剂都 具有最佳掺量 ， 只要采用合适 的聚酯纤维和引气剂 掺量 ， 就可能提 高混凝 土的抗 冻性和强度 ， 满足军 用 机场道 面对混凝 土抗 冻性 和强度的各项技术要 求 。 参 考文献 ： 1 】 翁 兴中 道面改性 聚酯 纤维混凝土抗 老化试验研究 J 建 筑材料学报 J 】 2 0 1 0 ， 1 3 ( 6 ) ： 7 4 9 7 5 2 ， 【 2 】 翁兴 中， 蔡 良才， 崔树业 ， 等 道 面聚丙烯纤维混凝 土 的耐 久性研究混凝土 J 混凝土，2 0 0 8 ( 4 ) ： 5 4 - 5 6 【 3 董军 ， 翁兴 中 ， 陈卫星 ， 等 道面改性聚酯纤维混凝 土阻裂 性能研究f J 混凝土， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 2 1 - 2 3 4 1 贾 建强， 翁兴 中， 颜 祥程， 等 道面聚 丙烯 腈纤维 混凝 土 的 耐久性研究 J 混凝 土 ， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ： 5 9 - 6 1 【 5 】 空 军工 程大学 工程 学 院五系 G J B 1 l 1 2 A 一2 0 0 4军 用机 场场道工程施工及验收规范【 S 】 ，2 0 0 4 6 】中华人 民共 和 国城 乡建设 部 G B f r 5 0 0 8 2 -2 0 o 9普 通混 凝土长期性能和耐久性能试验方法( S 】 北京 ： 中国建筑工业 出版社， 2 0 1 0 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 1 2 8 作者简介： 翁兴中( 1 9 6 2 一 ) ， 男， 教授、 博士生导师。 通讯地址 ： 陕西 省西安市空军工程大学工程学 院五系 联系电话 ： 1 5 9 9 1 7 0 7 5 6 2 E ma i l ： wx z 2 6 2 6s i n a c o m 一 5 3 8 7 6 5 4 3 2 B d W 嚷辑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m