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1、高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集掺聚丙烯纤维高性能混凝土综合性能与裂缝防治的研究秦鸿根1钟军2 李丽3刖吾随着商品混凝土应用的普及，混凝土早期的塑性开裂越来越被人们所重视。本文主要围绕防治大流动性混凝土早期裂缝展开。对纤维高性能混凝土的定义为掺纤维和活性掺合料的性能良好的混凝，对早期裂缝的定义为2 8 d 龄期以前的混凝土裂缝。室内试验以防治塑性裂缝和干缩裂缝为主，通过掺加纤维和活性掺合料( 粉煤灰与矿渣微粉双掺) ，探讨防治效果，并分析纤维高性能混凝土抗渗、收缩、力学性能来说明所采取的防裂措施是有效的。试验主要分纤维与掺合料掺量的确定、纤维高性能混凝土综合性能试验两大部分。一、原材
2、料与试验方法1 原材料1 1 水泥山东( 淄博) 铝业公司水泥厂产P O ( R ) 4 2 5 级普通硅酸盐水泥。1 2 粉煤灰I 级粉煤灰，南京热电厂产。1 3 矿渣南京江南粉磨有限公司生产的$ 9 5 级粒化高炉矿渣微粉，1 4 细集料中砂，细度模数2 5 。1 5 粗集料玄武岩碎石，5 2 0 m m 连续粒级，压碎值9 8 。1 6 纤维深圳市海川实业股份有限公司的路威2 0 0 2 型杜拉纤维( D o l a n i t T y p e18 ) 。1 7 外加剂山东淄博华伟建材有限公司的N O F 2 B 。1 8 水自来水。i 秦鸿根，教授级高工，东南大学材料科学与工程系，南京
3、，2 1 0 0 9 6 2 钟军，工程师，山东省建筑科学研究所，济南，2 5 0 0 0 0 3 李丽，博士研究生，东南大学材料科学与工程系，南京，2 1 0 0 9 6高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集2 试验方法2 1 大平板早期塑性开裂试验平板件的尺寸为6 0 0 x 6 0 0 x 6 0 m m 的平面薄板，边框内设6 、间距6 0 m m 的双排栓钉，长度分别为5 0 m m 和l O O m m 的两种栓钉间隔分布。模具底板采用厚度为1 5 m m 的复合板，并在底板上铺一层聚乙烯薄膜，防止试件水分从底面蒸发损失，见图1 。试件浇筑、振实、抹平后立即用塑料保鲜膜覆盖，2
4、 小时后取下薄膜，试验开始。建立试验环境，使用1 0 0 0 w 碘钨灯距离平板中心高l m 左右照射，平板外侧放置风扇，控制板中心风速4 m s ，温度4 0 “ C ，相对湿度5 0 ( 见图2 ) 。5 小时后结束试验，停灯停风，2 4小时后测量 1 1 1 2 1 引。按下式计算裂缝降低系数_ 7 7 ： 刁2 警式中：A 归一纤维砂浆或纤维混凝土板的总开裂面积，m m 21A 。，一对比用譬体零的謦开裂面积，m m 2 。纤维砂浆和纤维混凝土早龄期防裂效能等级可按照两组试验，7 的平均值依据表l 评定。图1 早期抗裂性平板模具设计图和实物图3 4 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会
5、论文集图2 试验实景图表l混凝土裂缝降低系数和防裂效能等级对照表防裂效能等级评定标准一级n 0 8 5二级O 7 0 n 0 8 5三级0 5 q 0 7 02 2 大圆环干缩开裂试验大圆环由外环( 直径3 0 0 m m ) 和内环( 直径2 5 0 m m ) 两部分，中间填料，成型后将外环拆除，在所成型环的顶部一圈涂硅胶密封后放置于温度2 0 、相对适度( 6 0 5 ) 恒温恒湿室内养护。每2 4 小时用读数显微镜观测一次，记录初始开裂时间。因开裂集中为一条沿环高度方向的贯通裂缝( 见图3 ) ，故取裂缝自底到顶沿环高度方向上3 个点，3 3 m m 、7 6 m m 和l1 4 m
6、m ，测定裂缝裂宽，求其算术平均值作为裂缝的平均裂宽。图3 大圆环试件开裂裂缝的示意图3 5 -高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集2 3 混凝土坍落度、坍落度损失和泌水率试验参照G B J S 0 - - 8 5 普通混凝土拌合物性能试验方法进行。2 4 混凝土轴心抗压试验采用的试件尺寸为1 0 0 l O O x 3 0 0 m m ，在N Y L - - 2 0 0 0 D 型压力试验机上测试，加荷速度O 5 - 0 8 M F a s 。2 5 混凝土轴心抗拉强度和极限拉伸值该试验参照D L T5 1 5 0 2 0 0 1 水工混凝土试验J ；! i ! 程。2 6 混凝土干燥
7、收缩该试验参照G B J 8 2 - - 8 5 进行。2 7 快速测定氯离子渗透系数试验该试验参照D L T5 1 5 0 - - 2 0 0 1 水工混凝土试验规程。3 、试验条件3 1 搅拌制度( a ) 混凝土：先将细集料、水泥、粗集料干拌2 分钟，分散加入聚丙烯纤维后再干拌2分钟，外加剂和水混合均匀后分次加入，湿拌5 分钟后出料，人工翻拌；( b ) 砂浆：先将细集料、水泥和聚丙烯纤维干拌3 分钟后，加入水和外加剂的混合液，湿拌5 分钟。3 2 成型环境条件温度3 5 。C ，相对湿度( 6 5 士5 ) 。3 3 混凝土配合比C 4 0 普通混凝十( 不掺纤维和掺合料) 、C 4
8、0 高性能混凝土( 掺掺合料且性能良好f 门混凝土) 和C 4 0 纤维高性能混凝土( 掺纤维和掺合料) 的配合比按照商品混凝土配合比设计，坍落度( 18 0 士2 0 ) m m 。二、试验结果与讨论1 、确定纤维和掺合料的最佳掺量1 1 聚丙烯纤维最佳掺量大圆环干缩开裂试验的配合比见表2 。采用C 4 0 细集料混凝土，聚丙烯纤维( P P F ) 掺量分别为0 、0 6 、0 9 和1 2k g m ，测试其初始开裂时间、2 8 d 平均最大裂宽和裂缝长度。试验结果表明，P P F 掺量为0 9k g m 。时对因圆环约束引发的收缩开裂有明显的作用效果( 见3 6 高强与高性能混凝土及其
9、应用专题研讨会论文集表3 、图4 ) t 引。为进一步验证聚丙烯纤维对抑制C 4 0 混凝土早期塑性收缩开裂的影响效果，随后进行了不同P P F 掺量的C 4 0 细集料混凝土早期塑性收缩的大平板试验，配合比同表2 。从图5看到，聚丙烯纤维掺量0 9k g m 弓的C 4 0 细集料混凝土板几乎没有开裂，经过计算，其防裂效能等级达到一级。由以上两个试验得到的结果可初步确定聚丙烯纤维的掺量以0 9k g m 刁为好。1 2 掺合料的最佳掺量共进行了四组C 4 0 混凝土7 d 相对氯离子渗透系数的快速试验，其配合比与混凝土拌和物的坍落度分别见表4 、表5 。表5 的结果表明，双掺矿渣和粉煤灰，其
10、掺量各为1 0 时，C 4 0 高性能混凝土7 d 相对氯离子渗透系数小于其它掺合料掺量的同水胶比的混凝土。因此初步确定C 4 0 纤维高性能混凝土的掺合料最佳掺量为矿渣和粉煤灰各取代1 0 的水泥【5 】o表2 大圆环试验配合比k g m 。3试件编号初始开裂时间d平均最大裂缝宽度m m裂缝长度m m- 3 7 -高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集( b ) C 4 0 P P F O 5( c ) C 4 0 P P F O 9( d ) C 4 0 P P F1 2图4 大圆环试验2 8 天裂缝开裂情况( a )不掺聚内烯纤维的C 4 0 坌 H 集料混凝土开裂情况L ( m m
11、 )( b )聚丙烯掺量0 6 k g m 3 的C 4 0 细集料混激上开裂情况3 8 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集l L I - ( - I，oo。“I ”- It io1o- so2 ，l( c ) 聚丙烯掺量0 9 k g m 3 的C 4 0 细集料混凝土开裂情况图5早期塑性收缩裂缝原始数据记录图( L 代表裂长，W 代表最大裂宽)表4 氯离子扩散系数试验配合比k g m 。编号水泥矿渣粉煤灰水砂石子外加剂坍落度n u nC 4 0 对比4 1 0一一一一1 8 07 1 01 1 7 04 9 21 8 5C 4 0 S 5 F 53 6 92 0 52 0 51 8
12、 07 1 01 1 7 04 1 01 8 0C 4 0 S 7 5 F 7 53 4 8 53 0 83 0 71 8 07 1 01 1 7 03 6 92 0 0C 4 0 S I O F I O3 2 84 1 04 1 01 8 07 1 01 1 7 03 2 81 9 0表57 d 相对氯离子扩散系数2 纤维高性能混凝土综合性能的研究2 1 抗压强度C 4 0 普通混凝土和C 4 0 纤维高性能混凝土的配合比见表6 。3 d 、7 d 、2 8 d 抗压强度值见表7 。从表7 中看到，虽然纤维高性能混凝土3 d 抗压强度低于同等级普通混凝十( 丰要是掺合料的影响) ，但其后期抗
13、压强度的增长速度明显高于C 4 0 普通混凝土，C 4 0 纤维高性能混凝土2 8 d 抗压强度明显高于C 4 0 普通混凝土。3 9 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集表6C 4 0 高性能混凝土配合比k g m 。3注：C 4 0 普通混凝土坍落度1 7 5 m m ，C 4 0 纤维高性能混凝土坍落度1 8 5 r a m 。表7C 4 0 纤维高性能混凝土和普通混凝土立方体抗压强度2 2 轴心抗拉强度和极限拉伸值配合比同表6 。轴心抗拉试验试件两侧固定两支千分表以读取变形量。C 4 0 纤维高性能混凝土和C 4 0 普通混凝土3 d 、7 d 、2 8 d 轴拉极限强度和极限拉
14、应变见表8 。表8 中的结果表明：1 ) C 4 0 纤维高性能混凝土3 d 、7 d 、2 8 d 的轴拉极限强度比C 4 0 普通混凝土分别提高了4 8 、6 4 、5 3 ；2 ) C 4 0 纤维高性能混凝土在所测各龄期的极限拉伸应变均大于C 4 0 普通混凝土，由应力应变图可计算抗拉弹模，可知C 4 0 纤维高性能混凝土的抗拉弹性模量大于C 4 0 普通混凝土，反应在应力应变曲线上就是C 4 0 纤维高性能混凝土的应力应变曲线上升段较斛J 。表8C 4 0 纤维高性能混凝土与C 4 0 普通混凝土轴心抗拉强度和极限拉应变2 3 干燥收缩配合比同表6 。C 4 0 普通混凝土和C 4
15、0 纤维高性能混凝土不同龄期干缩率见图6 。从图6 中看到，C 4 0 纤维高性能混凝土在各龄期( 3 d 、7 d 、1 4 d 和2 8 d ) 的干缩率均小于C 4 0普通混凝土。原因如下：1 ) 掺入聚丙烯纤维提高了混凝土整体性，且纤维本身具有限缩阻裂的作用；掺合料的力入提高了水泥的实际水灰比，促进了水泥的快速、充分水化，减少了未水化水泥的数量，从而降低了由于未水化水泥进一步水化造成的毛细管压力增大而产生的自收缩的程度；2 ) 矿渣与粉煤灰双掺起到了填充和细化混凝土孔隙的作用，提高了硬化水泥石的密实度，使内部水分不易蒸发出来，减小了干缩i3 ) 矿渣与粉煤灰双掺对混凝土中浆体一集料界面
16、的改善和粉煤灰微集料效应的发挥也进一步增强了混凝土基体对毛细- 4 0 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集孔压力的约束作用【6 】【7 1 。051015202 53 0 测姨特期( d )图6C 4 0 纤维高性能混凝土与C 4 0 普通混凝土3 d 、7 d 、1 4 d 、2 8 d 干缩率2 4 氯离子相对扩散系数配合比同表6 。表9 是C 4 0 纤维高性能混凝土与C 4 0 普通混凝土3 d 、7 d h 和1 4 d 的相对氯离子扩散系数。从表9 中看到C 4 0 纤维高性能混凝土3 d 和7 d 的相对氯离子扩散系数与C 4 0 普通混凝土十分接近，随着龄期的增长，1 4 d 时C 4 0 纤维高性能混凝土的相对氯离子扩散系数明显小于C 4 0 普通混凝土。其主要原
