聚丙烯纖維和膨脹劑對(duì)水泥砂漿塑性收縮開裂性能的影響 |
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2017-05-04 16:21:10 |
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1 前言
自從有水泥混凝土以來，裂縫問題一直未曾徹底解決，現(xiàn)已成為人們十分關(guān)注的熱點(diǎn)。我國解決混凝土裂縫問題的基本技術(shù)路線主要有兩條：一是添加膨脹劑配制成膨脹混凝土，二是添加合成纖維配制成合成纖維混凝土。許多應(yīng)用膨脹劑混凝土的工程較成功地解決了混凝土的開裂問題，但有一些工程并未成功解決，主要是因?yàn)榕蛎泟┗炷劣幸欢ǖ膽?yīng)用范圍和使用條件，并且需要較為嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)措施，否則不僅不能防裂，反而有可能使混凝土出現(xiàn)裂縫。對(duì)于第二種方法，其研究和工程實(shí)踐都相對(duì)滯后，但近幾年發(fā)展迅速，在工程中的應(yīng)用越來越多，有許多成功的實(shí)例，當(dāng)然，也有人對(duì)它的阻裂作用提出了質(zhì)疑。
目前，國際上基本一致的認(rèn)識(shí)是纖維混凝土是提高混凝土抗裂性和韌性的有效方法，尤其是聚丙烯纖維在解決混凝土早期塑性開裂、減少混凝土干燥收縮變形方面具有十分獨(dú)特的作用。每立方混凝土中亂向分布有數(shù)千萬根聚丙烯纖維，形成三維有力的空間支撐體系，改善了混凝土的內(nèi)在品質(zhì)，使混凝土的抗?jié)B性、抗裂性、韌性、抗沖擊、抗疲勞、抗沖磨性等性能得到顯著提高，延長了結(jié)構(gòu)的使用壽命。
本文運(yùn)用美國ACI－544大板法，研究了不同摻量、不同長度聚丙烯纖維及膨脹劑對(duì)水泥砂漿塑性收縮開裂性能的影響。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1 原材料
（1）水泥：葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的“三峽”牌42.5普通硅酸鹽水泥；
（2）外加劑：武鋼浩源外加劑廠FDN－9000A緩凝高效減水劑；
（3）膨脹劑：武漢三源特種建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的UEA－I型膨脹劑；
（4）細(xì)集料：岳陽中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.85；
（5）纖維：深圳市建必特實(shí)業(yè)發(fā)展公司生產(chǎn)的經(jīng)改性處理的束狀聚丙烯單絲纖維，長度分別為19mm、12mm；
（6）水：自來水。
2.2 實(shí)驗(yàn)方法
大板法
由ACI－544 推薦的大板法所用試模的尺寸為：長×寬×厚＝914mm×610mm×19mm
水泥砂漿塑性收縮裂縫試驗(yàn)過程如下：用手工拌和水泥、砂、纖維以及水約3min，使各成分均勻，將拌和料澆注到平放的木模之中，刮平試件表面后，用位于試模邊150mm 的電風(fēng)扇以4.5m/s左右的風(fēng)速吹向試模，同時(shí)開啟位于試模上方1.5m 處的1000W 碘鎢燈。試驗(yàn)前，事先在試模底部鋪設(shè)塑料薄膜，以減少底模對(duì)試件收縮變形的影響；內(nèi)框周邊圍以874mm×570mm 直徑8mm 圓鋼框，鋼筋與模板周邊距離為20mm，鋼筋焊接處用細(xì)鋼絲做成約6mm 的撐腳，以避免鋼筋與模底接觸。由于水泥與鋼筋粘結(jié)良好，砂漿收縮受到鋼筋限制，在產(chǎn)生收縮時(shí)試塊周邊的移動(dòng)減至最小，因此裂紋只在鋼筋架范圍內(nèi)產(chǎn)生約束力。
在水泥終凝前觀察裂紋的產(chǎn)生。光照4h后關(guān)掉碘鎢燈，風(fēng)吹24h后關(guān)閉電風(fēng)扇。試驗(yàn)采用Kraai關(guān)于計(jì)算開裂指數(shù)的方法，把裂縫寬度分為4級(jí)，分別有對(duì)應(yīng)的代表值。采用讀數(shù)顯微鏡測量裂縫寬度，并按裂縫寬度分段測量裂縫長度Li，以列出的裂縫寬度權(quán)值Ai，按式（1）計(jì)算塑性干縮開裂總權(quán)重值W：
W＝ΣAi·Li （1）
W 反映了裂縫的總權(quán)重值，以mm2 計(jì)。
3 結(jié)果與討論
試驗(yàn)測得的砂漿（1d）塑性干縮開裂總權(quán)重值W。纖維砂漿的試件表面的塑性收縮裂縫分布廣而微細(xì)，而素砂漿的裂縫比較寬，而且較長，說明纖維砂漿的抗裂性能有了明顯的改善。
3.1 纖維體積摻量的影響
可以發(fā)現(xiàn)，纖維體積摻量為0.05％時(shí)，與素砂漿（S0）相比，其裂縫減少分別達(dá)到33.49％（纖維長度19mm）和30.35％（纖維長度12mm）；纖維體積含量為0.15％時(shí)，其裂縫減少分別達(dá)到76.18％（纖維長度19mm）和70.86％（纖維長度12mm）；隨著纖維摻量的增加，開裂指數(shù)大幅度下降，其裂縫的趨勢是由寬到窄，由大到小，即大裂縫逐漸減少，小裂縫逐漸增多?？梢娋郾├w維在低含量的范圍內(nèi)可有效地控制砂漿塑性裂縫的產(chǎn)生，降低裂縫的寬度。這主要是因?yàn)槔w維在砂漿中呈三維亂向分布，當(dāng)砂漿中一旦有裂縫產(chǎn)生時(shí)，纖維與裂縫的前端相交，可以削弱甚至消除裂縫引起的拉應(yīng)力，使裂縫的發(fā)展得到有效的控制。
3.2 纖維長度的影響
對(duì)比不難看出長纖維（19mm）控制砂漿塑性裂縫的效果比短纖維（12mm）稍好一些，但權(quán)重值對(duì)比百分比相差都在7％以下。這是由于纖維長度的增加提高了纖維與水泥砂漿基體的粘結(jié)力，因此增強(qiáng)了水泥砂漿的塑性抗裂能力。
3.3 膨脹劑的影響
膨脹劑的加入，在低纖維摻量（0.05％）時(shí)，其控制砂漿塑性裂縫的效果較高纖維摻量（0.15％）大。對(duì)比可以看出，在低纖維摻量（0.05％）時(shí)，膨脹劑的加入，砂漿塑性裂縫減少約25％～30％；在高纖維摻量（0.15％）時(shí)，膨脹劑的加入，砂漿塑性裂縫僅減少約5％～10％。膨脹劑的阻裂作用是膨脹劑與水泥通過化學(xué)反應(yīng)生成膨脹性的鈣礬石晶體，以膨脹受約束而產(chǎn)生的壓應(yīng)力抵消了部分因干縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力。從上面的試驗(yàn)也可以看出，纖維含量對(duì)控制砂漿塑性裂縫的影響大于膨脹劑的影響。
3.4 纖維和膨脹劑的共同影響
在以上試驗(yàn)中，同時(shí)摻入了聚丙烯纖維和膨脹劑，聚丙烯纖維和膨脹劑的正疊加效應(yīng)對(duì)水泥砂漿的抗裂作用更有效。
4 結(jié)論
（1）聚丙烯纖維可以明顯改善水泥砂漿的抗裂性能，且纖維摻量越大，阻裂效果越好。
（2）長纖維（19mm）比短纖維（12mm）對(duì)水泥砂漿的阻裂作用有效一些。
（3）聚丙烯纖維和膨脹劑一起摻入水泥砂漿，在合適的條件下，其疊加效果更加好。
摘自——《砂漿添加劑技術(shù)人》