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聚丙烯纖維和膨脹劑對水泥砂漿塑性收縮開裂性能的影響

2017-05-04 16:21:10

 1 前言

自從有水泥混凝土以來,裂縫問題一直未曾徹底解決,現已成為人們十分關注的熱點。我國解決混凝土裂縫問題的基本技術路線主要有兩條:一是添加膨脹劑配制成膨脹混凝土,二是添加合成纖維配制成合成纖維混凝土。許多應用膨脹劑混凝土的工程較成功地解決了混凝土的開裂問題,但有一些工程并未成功解決,主要是因為膨脹劑混凝土有一定的應用范圍和使用條件,并且需要較為嚴格的養護措施,否則不僅不能防裂,反而有可能使混凝土出現裂縫。對于第二種方法,其研究和工程實踐都相對滯后,但近幾年發展迅速,在工程中的應用越來越多,有許多成功的實例,當然,也有人對它的阻裂作用提出了質疑。

目前,國際上基本一致的認識是纖維混凝土是提高混凝土抗裂性和韌性的有效方法,尤其是聚丙烯纖維在解決混凝土早期塑性開裂、減少混凝土干燥收縮變形方面具有十分獨特的作用。每立方混凝土中亂向分布有數千萬根聚丙烯纖維,形成三維有力的空間支撐體系,改善了混凝土的內在品質,使混凝土的抗滲性、抗裂性、韌性、抗沖擊、抗疲勞、抗沖磨性等性能得到顯著提高,延長了結構的使用壽命。

本文運用美國ACI544大板法,研究了不同摻量、不同長度聚丙烯纖維及膨脹劑對水泥砂漿塑性收縮開裂性能的影響。

實驗

2.1 原材料

1)水泥:葛洲壩水泥廠生產的三峽42.5普通硅酸鹽水泥;

2)外加劑:武鋼浩源外加劑廠FDN9000A緩凝高效減水劑;

3)膨脹劑:武漢三源特種建材有限責任公司生產的UEAI型膨脹劑;

4)細集料:岳陽中粗河砂,細度模數2.85

5)纖維:深圳市建必特實業發展公司生產的經改性處理的束狀聚丙烯單絲纖維,長度分別為19mm12mm

6)水:自來水。

2.2 實驗方法

 大板法

ACI544 推薦的大板法所用試模的尺寸為:長××厚=914mm×610mm×19mm

水泥砂漿塑性收縮裂縫試驗過程如下:用手工拌和水泥、砂、纖維以及水約3min,使各成分均勻,將拌和料澆注到平放的木模之中,刮平試件表面后,用位于試模邊150mm 的電風扇以4.5m/s左右的風速吹向試模,同時開啟位于試模上方1.5m 處的1000W 碘鎢燈。試驗前,事先在試模底部鋪設塑料薄膜,以減少底模對試件收縮變形的影響;內框周邊圍以874mm×570mm 直徑8mm 圓鋼框,鋼筋與模板周邊距離為20mm,鋼筋焊接處用細鋼絲做成約6mm 的撐腳,以避免鋼筋與模底接觸。由于水泥與鋼筋粘結良好,砂漿收縮受到鋼筋限制,在產生收縮時試塊周邊的移動減至最小,因此裂紋只在鋼筋架范圍內產生約束力。 

在水泥終凝前觀察裂紋的產生。光照4h后關掉碘鎢燈,風吹24h后關閉電風扇。試驗采用Kraai關于計算開裂指數的方法,把裂縫寬度分為4級,分別有對應的代表值。采用讀數顯微鏡測量裂縫寬度,并按裂縫寬度分段測量裂縫長度Li,以列出的裂縫寬度權值Ai,按式(1)計算塑性干縮開裂總權重值W

WΣAi·Li 1

反映了裂縫的總權重值,以mm2 計。

結果與討論

試驗測得的砂漿(1d)塑性干縮開裂總權重值W。纖維砂漿的試件表面的塑性收縮裂縫分布廣而微細,而素砂漿的裂縫比較寬,而且較長,說明纖維砂漿的抗裂性能有了明顯的改善。

3.1 纖維體積摻量的影響

可以發現,纖維體積摻量為0.05%時,與素砂漿(S0)相比,其裂縫減少分別達到33.49%(纖維長度19mm)和30.35%(纖維長度12mm);纖維體積含量為0.15%時,其裂縫減少分別達到76.18%(纖維長度19mm)和70.86%(纖維長度12mm);隨著纖維摻量的增加,開裂指數大幅度下降,其裂縫的趨勢是由寬到窄,由大到小,即大裂縫逐漸減少,小裂縫逐漸增多。可見聚丙烯纖維在低含量的范圍內可有效地控制砂漿塑性裂縫的產生,降低裂縫的寬度。這主要是因為纖維在砂漿中呈三維亂向分布,當砂漿中一旦有裂縫產生時,纖維與裂縫的前端相交,可以削弱甚至消除裂縫引起的拉應力,使裂縫的發展得到有效的控制。 

3.2 纖維長度的影響

對比不難看出長纖維(19mm)控制砂漿塑性裂縫的效果比短纖維(12mm)稍好一些,但權重值對比百分比相差都在7%以下。這是由于纖維長度的增加提高了纖維與水泥砂漿基體的粘結力,因此增強了水泥砂漿的塑性抗裂能力。

3.3 膨脹劑的影響

膨脹劑的加入,在低纖維摻量(0.05%)時,其控制砂漿塑性裂縫的效果較高纖維摻量(0.15%)大。對比可以看出,在低纖維摻量(0.05%)時,膨脹劑的加入,砂漿塑性裂縫減少約25%~30%;在高纖維摻量(0.15%)時,膨脹劑的加入,砂漿塑性裂縫僅減少約5%~10%。膨脹劑的阻裂作用是膨脹劑與水泥通過化學反應生成膨脹性的鈣礬石晶體,以膨脹受約束而產生的壓應力抵消了部分因干縮而產生的拉應力。從上面的試驗也可以看出,纖維含量對控制砂漿塑性裂縫的影響大于膨脹劑的影響。

3.4 纖維和膨脹劑的共同影響

在以上試驗中,同時摻入了聚丙烯纖維和膨脹劑,聚丙烯纖維和膨脹劑的正疊加效應對水泥砂漿的抗裂作用更有效。

結論

1)聚丙烯纖維可以明顯改善水泥砂漿的抗裂性能,且纖維摻量越大,阻裂效果越好。

2)長纖維(19mm)比短纖維(12mm)對水泥砂漿的阻裂作用有效一些。

3)聚丙烯纖維和膨脹劑一起摻入水泥砂漿,在合適的條件下,其疊加效果更加好。

 

摘自——《砂漿添加劑技術人》

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