寒區水工聚丙烯纖維混凝土力學性能

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

關鍵詞：聚丙烯纖維混凝土；抗壓強度；抗折強度；抗拉強度

1材料與方法

1．1原材料

（1）水泥：試驗用水泥為亞泰P•O42．5普通硅酸鹽水泥。（2）粗細集料：試驗用砂石為河沙、卵石，其材料性能詳見表1。（3）粉煤灰：哈爾濱熱電廠Ⅱ級灰。（4）水：哈爾濱市自來水。（5）外加劑：試驗用外加劑為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應用開發有限公司生產。（6）改性聚丙烯纖維：試驗用改性聚丙烯纖維，其性能見表2。

1．2試驗方案

設計混凝土28d抗壓強度為30MPa，抗折強度為3．5MPa，抗拉強度為2．5MPa。比較聚丙烯纖維摻量、粉煤灰摻量對混凝土力學性能的影響，設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。由于纖維的摻入會降低新拌混凝土坍落度，粉煤灰摻量也會對坍落度有一定影響，為保持坍落度不變，以基準混凝土的配合比為基礎，當粉煤灰等量替代時，砂率調整為0．37，通過增加用水量來保證新拌混凝土的坍落度在指定范圍。當粉煤灰超量替代時，保持水灰比不變同時增加用水量與膠凝材料用量來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，配合比見表3，A組粉煤灰等量替代，通過增加用水量來補償因聚丙烯纖維摻量增加導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，粉煤灰等量替代、超量替代、零摻粉煤灰三種情況［1］。B組試驗為粉煤灰超量替代，通過增加用水量及膠凝材料用量來補償因聚丙烯纖維摻量增加導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的試驗組［2］。

2結果與分析

2．1聚丙烯纖維對新拌混凝土性能影響

試驗主要測試纖維對混凝土拌合物的初凝和終凝時間、坍落度隨時間變化特征、含氣量的影響［3－5］。其結果見表4。由表4中A－1～A－4試驗系列可以看出，聚丙烯纖維的摻入對混凝土含氣量沒有影響；摻入纖維后，混凝土初凝時間提前17．6％～19．5％，終凝時間提前11．2％～16．8％，但凝結時間與纖維的摻量之間尚未發現規律性的變化［6－8］；纖維摻量對坍落度的經時變化也未發現明顯變化規律。從A－3、A－5、A－6試驗系列可以看出，當聚丙烯纖維摻量一定時，增加粉煤灰的摻量，混凝土的凝結時間未發生較明顯變化［9－11］。

2．2聚丙烯纖維對混凝土力學性能影響

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

3結論

通過上述試驗可知聚丙烯纖維會導致新拌混凝土坍落度的損失，通過增大用水量改善狀態，會導致抗壓強度、抗拉強度的損失，通過同時增大膠凝材料用量和用水量才能保證其基本力學性能，并提高混凝土的抗折強度。

作者：張恒 熊復慧 劉曉波 陶琦 單位：黑龍江省水利科學研究院