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寒区水工聚丙烯纤维混凝土力学性能

摘要:本文主要研究了寒区水工聚丙烯纤维混凝土的力学性能,比较聚丙烯纤维掺量、粉煤灰掺量对混凝土抗压强度、抗折强度、抗拉强度的影响。试验结果表明:聚丙烯纤维掺量对混凝土抗折强度、抗拉强度影响较大,对混凝土抗压强度几乎无影响;单掺粉煤灰、水灰比变化不大的情况下,混凝土抗压强度、抗折强度变化不明显;聚丙烯纤维掺量相同时,粉煤灰超量取代的混凝土抗压强度、抗折强度均有提升。

关键词:聚丙烯纤维混凝土;抗压强度;抗折强度;抗拉强度

1材料与方法

1.1原材料

(1)水泥:试验用水泥为亚泰P•O42.5普通硅酸盐水泥。(2)粗细集料:试验用砂石为河沙、卵石,其材料性能详见表1。(3)粉煤灰:哈尔滨热电厂Ⅱ级灰。(4)水:哈尔滨市自来水。(5)外加剂:试验用外加剂为SB-G1型混凝土引气减水剂和SB-M型高效减水剂,均由黑龙江省翔波新材料新技术应用开发有限公司生产。(6)改性聚丙烯纤维:试验用改性聚丙烯纤维,其性能见表2。

1.2试验方案

设计混凝土28d抗压强度为30MPa,抗折强度为3.5MPa,抗拉强度为2.5MPa。比较聚丙烯纤维掺量、粉煤灰掺量对混凝土力学性能的影响,设定混凝土配合比中纤维掺量分别为0kg/m3、0.6kg/m3、0.9kg/m3、1.2kg/m3以及1.5kg/m3,粉煤灰掺量分别为等量替代和超量替代。由于纤维的掺入会降低新拌混凝土坍落度,粉煤灰掺量也会对坍落度有一定影响,为保持坍落度不变,以基准混凝土的配合比为基础,当粉煤灰等量替代时,砂率调整为0.37,通过增加用水量来保证新拌混凝土的坍落度在指定范围。当粉煤灰超量替代时,保持水灰比不变同时增加用水量与胶凝材料用量来保证新拌混凝土的坍落度落在指定范围。本文主要分为A、B两组试验,配合比见表3,A组粉煤灰等量替代,通过增加用水量来补偿因聚丙烯纤维掺量增加导致的混凝土坍落度损失,A-3、A-5、A-6为聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3时,粉煤灰等量替代、超量替代、零掺粉煤灰三种情况[1]。B组试验为粉煤灰超量替代,通过增加用水量及胶凝材料用量来补偿因聚丙烯纤维掺量增加导致的混凝土坍落度损失,在超量替代系列中又增加纤维掺量为1.5kg/m3的试验组[2]。

2结果与分析

2.1聚丙烯纤维对新拌混凝土性能影响

试验主要测试纤维对混凝土拌合物的初凝和终凝时间、坍落度随时间变化特征、含气量的影响[3-5]。其结果见表4。由表4中A-1~A-4试验系列可以看出,聚丙烯纤维的掺入对混凝土含气量没有影响;掺入纤维后,混凝土初凝时间提前17.6%~19.5%,终凝时间提前11.2%~16.8%,但凝结时间与纤维的掺量之间尚未发现规律性的变化[6-8];纤维掺量对坍落度的经时变化也未发现明显变化规律。从A-3、A-5、A-6试验系列可以看出,当聚丙烯纤维掺量一定时,增加粉煤灰的掺量,混凝土的凝结时间未发生较明显变化[9-11]。

2.2聚丙烯纤维对混凝土力学性能影响

此次力学性能试验主要进行了抗压、抗拉和抗折强度的测试。聚丙烯纤维混凝土力学性能试验结果见表5。由表5可以得出:(1)A-1~A-4试验系列,聚丙烯纤维的掺入未能补偿因用水量增大(水灰比增加)而导致的混凝土抗压强度与抗拉强度的损失,但混凝土的抗折强度基本一致[12]。A-3、A-5、A-6试验系列,聚丙烯纤维掺量一定时,粉煤灰的引入导致混凝土的抗压强度、抗折强度、抗拉强度均有一定程度的下降。(2)B组试验系列,由于聚丙烯纤维混凝土对比不掺纤维的混凝土在增加用水量的同时增加了水泥用量,因此掺加聚丙烯纤维混凝土的强度指标均高于不掺聚丙烯纤维的混凝土,抗折强度呈现明显规律[13],如图1所示,当聚丙烯纤维为0.9kg/m3时,抗折强度增加4.88%;当聚丙烯纤维为1.5kg/m3时,抗折强度增加9.25%。

3结论

通过上述试验可知聚丙烯纤维会导致新拌混凝土坍落度的损失,通过增大用水量改善状态,会导致抗压强度、抗拉强度的损失,通过同时增大胶凝材料用量和用水量才能保证其基本力学性能,并提高混凝土的抗折强度。

作者:张恒 熊复慧 刘晓波 陶琦 单位:黑龙江省水利科学研究院

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