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摘要：纤维混凝土是在素混凝土基体中掺入均匀分散的短纤维而组成的一种复合材料。其主要工作机理是利用均匀分散的短纤维来改善混凝土的脆性，在受力过程中,发挥纤维抗拉强度高、混凝土抗压强度高的各自优势,从而显著提高纤维混凝土材料的各项技术性能。本文研究了聚丙烯纤维对桥面铺装混凝土的改性作用及在桥面铺中施工中的应用。
关键词：纤维混凝土;桥面铺装;配合比;性能
随着交通行业的飞速发展,合成纤维作为次级增强材料在混凝土工程中的应用日益增多。同其它聚合物纤维相比,特别是聚丙烯纤维具有耐化学腐蚀、湿强度高、可加工性好、质轻、蠕变收缩小、价格低廉和在低掺量下对混凝土的抗裂、增韧效果显著等优良的技术经济效能。
1 纤维混凝土设计特点
纤维混凝土的配合比设计有其独特之处。
（1）纤维混凝土配合比设计应同时满足抗压与抗拉(或抗弯)两项力学性能指标的要求,可采用依据抗压强度计算水灰比(W/C),依据抗拉或抗弯强度计算纤维体积率(Vf)的双控方法。
（2）纤维在混凝土中交叉与搭接,对流动性产生了很大阻力,稠度显著增加,但往往很干硬的纤维混凝土经振动后破坏了纤维交叉搭接的结构,工作性会变良好。因此若掺加纤维后混凝土很干硬,就要用维勃稠度来测定其工作性。
（3）纤维混凝土原材料与基体强度等级的选择与普通混凝土有不同的要求:混凝土基体强度最好不小于C30;如前所述粗集料最大粒径Dmax不能大于20mm,应为纤维长度的1/2～2/3,常选Dmax、为15～20mm;含砂率要高,一般为45%～50%,高强混凝土可适当降低;应选用优质减水剂,对抗冻性要求高的可适量掺加引气剂;为改善纤维混凝土性能可掺入适量矿物外掺料(如硅灰、粉煤灰、磨细矿渣)、有机聚合物及二者混合物。
2 纤维混凝土配合比设计要点
纤维混凝上配合比主要通过设计计算,参照已有资料,通过试配确定。水灰比按抗压强度设计,仍用水灰比定则。按强度等级C40、坍落度30mm～50mm、砂率39%设计普通防水混凝土作为基准混凝土,HSP高效减水剂的掺量采用水泥用量的1%,聚丙烯纤维网采用0.45kg/m3、0.9kg/m3、1.35kg/m3三种掺量。具体配合比方案见表。
3 聚丙烯纤维网混凝土的路用性能
3.1 工作性
掺聚丙烯纤维网后拌合物的流动性尚能用坍落度法测定,故本次工作性测定用坍落度法。掺入1%HSP后,混凝土的和易性明显变好。这是由于HSP掺入混凝土后,产生了吸附、分散、润湿和润滑的作用之故;聚丙烯纤维网的加入导致新拌混凝土坍落度减少,且有随着纤维网掺量的增加流动性下降的趋势。这主要是由于聚丙烯纤维网的网丝很细,因而纤维网的总表面积就较大,这样大的表面会吸附一定的水泥浆,使拌和物变稠,流动性下降。
3.2 强度
掺HSP高效减水剂的防水混凝土的强度均比普通防水混凝土有明显提高,抗折强度28天提高6.1%,抗压强度7天提高9.7%,28天提高8.1%。这是由于HSP高效减水剂的加入,使混凝土的水灰比下降,从而使水泥石内部孔隙率明显减少,结构更为致密,因而强度和耐磨性显著提高。
3.3层间粘结性能
掺HSP高效减水剂的防水混凝土和聚丙烯纤维网混凝土的层间粘结强度均比普通防水混凝土明显提高,其中掺HSP高效减水剂的防水混凝土提高幅度达17.1%,F-2提高幅度最大,达100%。而且聚丙烯纤维网混凝土的层间粘结强度有随着纤维网掺量的增加而先增加后减少的发展趋势,结果表明聚丙烯纤维网的最佳掺量为0.9kg/m3。这是由于HSP高效减水剂的加入,使混凝土的水灰比下降,从而使水泥石内部孔隙率明显减少,结构更为致密,收缩值变小,由于收缩值的减小,可使层间粘结性能提高。由于纤维的限缩能力,纤维混凝土的收缩率下降,从而使混凝土层间粘结强度大幅提局。
3.4 耐磨性与杭渗性
掺HSP高效减水剂的防水混凝土的抗磨性与抗渗性均比普通防水混凝土有所提高,其单位面积磨损量比普通防水混凝土减少7.6%,渗水高度比普通防水混凝土减少26.5%。这进一步证明HSP高效减水剂的加入,使混凝土的结构更为致密,从而使层混凝土的抗磨性与抗渗性提高。
3.5 弯曲韧性
掺HSP高效减水剂的防水混凝土的弯曲韧性比普通防水混凝土有所提高,其韧度增加34.6%;聚丙烯纤维网混凝土的弯曲韧性比普通防水混凝土明显提高,且随着纤维网掺量的增加而先增加后减少。其中F-2提高幅度最大,其韧性提高幅度达152%,而F-3因掺量高导致纤维分散性差、混凝土致密性下降,从而使韧性稍有下降。这充分说明适量纤维网的加入,可使混凝土的柔韧性得到明显改善。
3.6 动载力学性能
聚丙烯纤维网混凝上的初裂次数和终裂次数均随着纤维网掺量的增加而先增加后减少,且其抗冲击性能均比普通防水混凝土明显提高,其中F-2提高幅度最大,其初裂次数是普通防水混凝土C-1的5.4倍,终裂次数是普通防水混凝土的5.125倍,△N是普通防水混凝土的3倍。可见混凝土破裂前由于聚丙烯纤维网有所拉长,承担了部分破裂能量,从而使混凝土的柔韧性大幅提高,抗冲击能力和抗弯曲疲劳性能大幅增加。
4 结束语
聚丙烯纤维网混凝土的抗折强度、抗压强度、层间粘结强度均随着纤维网掺量的增加而先增加后减少。其中F-2与C-1相比提高幅度最大,其抗折强度28d提高14.4%,抗压强度7d提高1.9%,28d提高7.0%,层间粘结强度提高达100%。除抗渗和收缩外,聚丙烯纤维网混凝土的路用性能均随纤维掺量的增加而先变好后变差。分析表明聚丙烯纤维网在混凝土中的最佳掺量为0.9kg/m3。
参考文献
[1]王学森等.聚丙烯纤维网混凝土基本力学性能研究[J].建筑技术开发,2015,30(7):52-54.
[2]徐至钧.聚丙烯纤维在混凝土中的应用[J].建筑技术开发,2012,33(l):39-40.
论文作者:胡金普
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/25
标签：混凝土论文; 纤维论文; 强度论文; 高效论文; 聚丙烯纤维论文; 抗压强度论文; 水灰比论文; 《建筑学研究前沿》2018年第3期论文;