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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

2017-05-04 16:21:10

 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ACI544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。

實(shí)驗(yàn)

2.1 原材料

1)水泥:葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的三峽42.5普通硅酸鹽水泥;

2)外加劑:武鋼浩源外加劑廠FDN9000A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UEAI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

ACI544 推薦的大板法所用試模的尺寸為:長××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

WΣAi·Li 1

反映了裂縫的總權(quán)重值,以mm2 計(jì)。

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。

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》

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