寒區(qū)水工聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能

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摘要：本文主要研究了寒區(qū)水工聚丙烯纖維混凝土的力學(xué)性能，比較聚丙烯纖維摻量、粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：聚丙烯纖維摻量對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度影響較大，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度幾乎無(wú)影響；單摻粉煤灰、水灰比變化不大的情況下，混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度變化不明顯；聚丙烯纖維摻量相同時(shí)，粉煤灰超量取代的混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均有提升。

關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維混凝土；抗壓強(qiáng)度；抗折強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度

1材料與方法

1．1原材料

（1）水泥：試驗(yàn)用水泥為亞泰P•O42．5普通硅酸鹽水泥。（2）粗細(xì)集料：試驗(yàn)用砂石為河沙、卵石，其材料性能詳見(jiàn)表1。（3）粉煤灰：哈爾濱熱電廠Ⅱ級(jí)灰。（4）水：哈爾濱市自來(lái)水。（5）外加劑：試驗(yàn)用外加劑為SB－G1型混凝土引氣減水劑和SB－M型高效減水劑，均由黑龍江省翔波新材料新技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)。（6）改性聚丙烯纖維：試驗(yàn)用改性聚丙烯纖維，其性能見(jiàn)表2。

1．2試驗(yàn)方案

設(shè)計(jì)混凝土28d抗壓強(qiáng)度為30MPa，抗折強(qiáng)度為3．5MPa，抗拉強(qiáng)度為2．5MPa。比較聚丙烯纖維摻量、粉煤灰摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，設(shè)定混凝土配合比中纖維摻量分別為0kg／m3、0．6kg／m3、0．9kg／m3、1．2kg／m3以及1．5kg／m3，粉煤灰摻量分別為等量替代和超量替代。由于纖維的摻入會(huì)降低新拌混凝土坍落度，粉煤灰摻量也會(huì)對(duì)坍落度有一定影響，為保持坍落度不變，以基準(zhǔn)混凝土的配合比為基礎(chǔ)，當(dāng)粉煤灰等量替代時(shí)，砂率調(diào)整為0．37，通過(guò)增加用水量來(lái)保證新拌混凝土的坍落度在指定范圍。當(dāng)粉煤灰超量替代時(shí)，保持水灰比不變同時(shí)增加用水量與膠凝材料用量來(lái)保證新拌混凝土的坍落度落在指定范圍。本文主要分為A、B兩組試驗(yàn)，配合比見(jiàn)表3，A組粉煤灰等量替代，通過(guò)增加用水量來(lái)補(bǔ)償因聚丙烯纖維摻量增加導(dǎo)致的混凝土坍落度損失，A－3、A－5、A－6為聚丙烯纖維摻量為0．9kg／m3時(shí)，粉煤灰等量替代、超量替代、零摻粉煤灰三種情況［1］。B組試驗(yàn)為粉煤灰超量替代，通過(guò)增加用水量及膠凝材料用量來(lái)補(bǔ)償因聚丙烯纖維摻量增加導(dǎo)致的混凝土坍落度損失，在超量替代系列中又增加纖維摻量為1．5kg／m3的試驗(yàn)組［2］。

2結(jié)果與分析

2．1聚丙烯纖維對(duì)新拌混凝土性能影響

試驗(yàn)主要測(cè)試?yán)w維對(duì)混凝土拌合物的初凝和終凝時(shí)間、坍落度隨時(shí)間變化特征、含氣量的影響［3－5］。其結(jié)果見(jiàn)表4。由表4中A－1～A－4試驗(yàn)系列可以看出，聚丙烯纖維的摻入對(duì)混凝土含氣量沒(méi)有影響；摻入纖維后，混凝土初凝時(shí)間提前17．6％～19．5％，終凝時(shí)間提前11．2％～16．8％，但凝結(jié)時(shí)間與纖維的摻量之間尚未發(fā)現(xiàn)規(guī)律性的變化［6－8］；纖維摻量對(duì)坍落度的經(jīng)時(shí)變化也未發(fā)現(xiàn)明顯變化規(guī)律。從A－3、A－5、A－6試驗(yàn)系列可以看出，當(dāng)聚丙烯纖維摻量一定時(shí)，增加粉煤灰的摻量，混凝土的凝結(jié)時(shí)間未發(fā)生較明顯變化［9－11］。

2．2聚丙烯纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能影響

此次力學(xué)性能試驗(yàn)主要進(jìn)行了抗壓、抗拉和抗折強(qiáng)度的測(cè)試。聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可以得出：（1）A－1～A－4試驗(yàn)系列，聚丙烯纖維的摻入未能補(bǔ)償因用水量增大（水灰比增加）而導(dǎo)致的混凝土抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的損失，但混凝土的抗折強(qiáng)度基本一致［12］。A－3、A－5、A－6試驗(yàn)系列，聚丙烯纖維摻量一定時(shí)，粉煤灰的引入導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均有一定程度的下降。（2）B組試驗(yàn)系列，由于聚丙烯纖維混凝土對(duì)比不摻纖維的混凝土在增加用水量的同時(shí)增加了水泥用量，因此摻加聚丙烯纖維混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)均高于不摻聚丙烯纖維的混凝土，抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯規(guī)律［13］，如圖1所示，當(dāng)聚丙烯纖維為0．9kg／m3時(shí)，抗折強(qiáng)度增加4．88％；當(dāng)聚丙烯纖維為1．5kg／m3時(shí)，抗折強(qiáng)度增加9．25％。

3結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)可知聚丙烯纖維會(huì)導(dǎo)致新拌混凝土坍落度的損失，通過(guò)增大用水量改善狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的損失，通過(guò)同時(shí)增大膠凝材料用量和用水量才能保證其基本力學(xué)性能，并提高混凝土的抗折強(qiáng)度。

作者：張恒 熊復(fù)慧 劉曉波 陶琦 單位：黑龍江省水利科學(xué)研究院