寒區(qū)水工聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能
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摘要：本文主要研究了寒區(qū)水工聚丙烯纖維混凝土的力學(xué)性能，比較聚丙烯纖維摻量、粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：聚丙烯纖維摻量對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度影響較大，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)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(qiáng)度、抗折強(qiáng)度變化不明顯；聚丙烯纖維摻量相同時(shí)，粉煤灰超量取代的混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均有提升。
關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維混凝土；抗壓強(qiáng)度；抗折強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度
1材料與方法
1．1原材料
（1）水泥：試驗(yàn)用水泥為亞泰P•O42．5普通硅酸鹽水泥。（2）粗細(xì)集料：試驗(yàn)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(jí)灰。（4）水：哈爾濱市自來水。（5）外加劑：試驗(yàn)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(shù)應(yīng)用開發(fā)有限公司生產(chǎn)。（6）改性聚丙烯纖維：試驗(yàn)用改性聚丙烯纖維，其性能見表2。
1．2試驗(yàn)方案
設(shè)計(jì)混凝土28d抗壓強(qiáng)度為30MPa，抗折強(qiáng)度為3．5MPa，抗拉強(qiáng)度為2．5MPa。比較聚丙烯纖維摻量、粉煤灰摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，設(shè)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(huì)降低新拌混凝土坍落度，粉煤灰摻量也會(huì)對(duì)坍落度有一定影響，為保持坍落度不變，以基準(zhǔn)混凝土的配合比為基礎(chǔ)，當(dāng)粉煤灰等量替代時(shí)，砂率調(diào)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(dāng)粉煤灰超量替代時(shí)，保持水灰比不變同時(shí)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(yàn)，配合比見表3，A組粉煤灰等量替代，通過增加用水量來補(bǔ)償因聚丙烯纖維摻量增加導(dǎo)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(shí)，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(yàn)為粉煤灰超量替代，通過增加用水量及膠凝材料用量來補(bǔ)償因聚丙烯纖維摻量增加導(dǎo)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(yàn)組［2］。
2結(jié)果與分析
2．1聚丙烯纖維對(duì)新拌混凝土性能影響
試驗(yàn)主要測試?yán)w維對(duì)混凝土拌合物的初凝和終凝時(shí)間、坍落度隨時(shí)間變化特征、含氣量的影響［3－5］。其結(jié)果見表4。由表4中A－1～A－4試驗(yàn)系列可以看出，聚丙烯纖維的摻入對(duì)混凝土含氣量沒有影響；摻入纖維后，混凝土初凝時(shí)間提前17．6％～19．5％，終凝時(shí)間提前11．2％～16．8％，但凝結(jié)時(shí)間與纖維的摻量之間尚未發(fā)現(xiàn)規(guī)律性的變化［6－8］；纖維摻量對(duì)坍落度的經(jīng)時(shí)變化也未發(fā)現(xiàn)明顯變化規(guī)律。從A－3、A－5、A－6試驗(yàn)系列可以看出，當(dāng)聚丙烯纖維摻量一定時(shí)，增加粉煤灰的摻量，混凝土的凝結(jié)時(shí)間未發(fā)生較明顯變化［9－11］。
2．2聚丙烯纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能影響
此次力學(xué)性能試驗(yàn)主要進(jìn)行了抗壓、抗拉和抗折強(qiáng)度的測試。聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可以得出：（1）A－1～A－4試驗(yàn)系列，聚丙烯纖維的摻入未能補(bǔ)償因用水量增大（水灰比增加）而導(dǎo)致的混凝土抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的損失，但混凝土的抗折強(qiáng)度基本一致［12］。A－3、A－5、A－6試驗(yàn)系列，聚丙烯纖維摻量一定時(shí)，粉煤灰的引入導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均有一定程度的下降。（2）B組試驗(yàn)系列，由于聚丙烯纖維混凝土對(duì)比不摻纖維的混凝土在增加用水量的同時(shí)增加了水泥用量，因此摻加聚丙烯纖維混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)均高于不摻聚丙烯纖維的混凝土，抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯規(guī)律［13］，如圖1所示，當(dāng)聚丙烯纖維為0．9kg／m3時(shí)，抗折強(qiáng)度增加4．88％；當(dāng)聚丙烯纖維為1．5kg／m3時(shí)，抗折強(qiáng)度增加9．25％。
3結(jié)論
通過上述試驗(yàn)可知聚丙烯纖維會(huì)導(dǎo)致新拌混凝土坍落度的損失，通過增大用水量改善狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的損失，通過同時(shí)增大膠凝材料用量和用水量才能保證其基本力學(xué)性能，并提高混凝土的抗折強(qiáng)度。
作者：張恒 熊復(fù)慧 劉曉波 陶琦 單位：黑龍江省水利科學(xué)研究院
