聚丙烯纖維高性能混凝土抗?jié)B性能的試驗(yàn)研究

摘要：通過測試混凝土吸水率、滲透高度、抗氯離子滲透性、不同深度氯離子濃度等指標(biāo)，研究了摻入聚丙烯纖維對高性能混凝土抗?jié)B性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于高性能混凝土中摻有粉煤灰、硅粉，其抗?jié)B性大大提高；而摻入聚丙烯纖維后吸水率、滲透高度增大，但抗氯離子滲透性無明顯變化，需要做進(jìn)一步的研究。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；聚丙烯纖維；抗?jié)B性能

中圖分類號：TU528.572 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1001- 702X11- 0050- 02

0 前言

　　為改善高性能混凝土抗拉強(qiáng)度低、極限應(yīng)變小、抗沖擊性差、脆性大、易開裂等缺點(diǎn)，滿足對混凝土高強(qiáng)度高韌性的要求，近年來，通過在高性能混凝土中摻入短纖維改善其上述不足正受到廣泛重視。聚丙烯纖維是研究較早并已用于混凝土的聚合物纖維之一，它通過大量吸收能量，大幅度提高了混凝土抗裂能力及改善抗沖擊性能，并提高了混凝土的整體性，這些已經(jīng)為大量試驗(yàn)證實(shí)。

　　但是聚丙烯纖維對混凝土抗?jié)B性能的影響，目前存在2 種不同的觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為：纖維摻入混凝土后基體失水面積減小，水分遷移困難，從而使毛細(xì)管失水收縮形成的毛細(xì)管張力有所減??；同時(shí)，由于合成纖維的彈性模量高于凝結(jié)初期基體的彈性模量，增加了塑性和硬化初期復(fù)合體的抗拉強(qiáng)度，減少了纖維混凝土的微裂縫，孔隙結(jié)構(gòu)得到改善，從而提高了混凝土的抗?jié)B性[1]。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為：纖維的加入增加了混凝土的界面，導(dǎo)致混凝土孔隙率提高，抗?jié)B性降低[2]。關(guān)于摻入聚丙烯纖維對混凝土抗?jié)B性能的影響，已進(jìn)行了很多試驗(yàn)研究[2-5]。

　　但是，這些研究中大都用滲透高度法，即制作上下底面直徑分別為175mm和185mm、高度為150mm的圓柱體試件，養(yǎng)護(hù)28d后，測定在恒壓條件下24 h 后試件的滲水高度，作為衡量混凝土抗?jié)B性的指標(biāo)。除采用這種方法外，本文還進(jìn)行了吸水率、抗氯離子滲透性、不同深度氯離子濃度試驗(yàn)，采用不同的指標(biāo)，綜合研究聚丙烯纖維對高性能混凝土抗?jié)B性的影響。

1 試驗(yàn)概述

1.1 原材料及混凝土配合比

　　水泥：大連小野田水泥廠生產(chǎn)的42.5R 普通硅酸鹽水泥；

　　粗骨料：最大粒徑為20 mm的碎石；

　　細(xì)骨料：細(xì)度模數(shù)為2.9 的河砂；

　　粉煤灰：大連熱電廠生產(chǎn)的二級粉煤灰；

　　硅粉：上海?？瞎旧a(chǎn)的硅粉；

　　纖維：PP 纖維，性能見表1；

　　減水劑：sika 高效減水劑。

　　混凝土配合比見表2，水灰比為0.35。配方A、C 中粉煤灰+硅粉的摻量為20%+5%，配方B、D 中的粉煤灰+硅粉摻量為30%+8%。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

1.2.1 吸水率

　　混凝土是多孔體，孔隙組織影響混凝土的密實(shí)性，從而影響混凝土抗?jié)B性。制作邊長100 mm的立方體試件，養(yǎng)護(hù)28d后烘干，然后浸入水中，測試3 h 內(nèi)吸水量所占混凝土質(zhì)量的百分比。具體方法見JTJ 270—98《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》。

1.2.2 滲水高度

　　制作上下底面直徑分別為175 mm和185 mm、高度為150mm的圓柱體試件，養(yǎng)護(hù)28 d 后，測試在MPa 恒壓條件下，24 h 后試件中的滲水高度。具體方法見JTJ 270—98。

1.2.3 電通量

　　制作直徑為95 mm、厚度為51 mm 混凝土圓柱體試件，測試60 V 直流電壓作用下6 h 內(nèi)通過試件的總電量，作為混凝土抗氯離子滲透性指標(biāo)。具體方法見JTJ 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》的附錄B“混凝土抗氯離子滲透性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”。

1.2.4 氯離子濃度

　　測試各種試件不同深度處的氯離子濃度。具體做法是：制作100 mm×100 mm×300 mm 的棱柱體試件，試件養(yǎng)護(hù)28 d后，先將每個(gè)試件的2 個(gè)正方形截面和3 個(gè)長方形截面的表面浮漿磨去，然后用酒精清洗干凈，最后用環(huán)氧樹脂涂刷，只留出其中1 個(gè)長方形截面作為滲透面。將試件放入盛有NaCl 溶液的鐵箱中浸泡。NaCl 溶液淹沒試件的上表面，試驗(yàn)期間定期檢測NaCl 溶液濃度，使其保持在3.5%左右，同時(shí)定期加入溶液，確保試件全部浸沒。浸泡180 d，取出相應(yīng)的試件，從暴露面中間100 mm 區(qū)段位置分層鉆取粉末試樣，研磨面與暴露面平行，分層深度為：0～3、3～6、6～9、9～12、12～15 和15～20 mm。然后通過化學(xué)方法測定混凝土中總的氯離子含量，具體方法參見JTJ 270—98。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　表3 為試驗(yàn)結(jié)果。

2.1 吸水率

　　由表3 可知，隨著摻合料摻量的增加，混凝土的吸水率急劇下降。這是由于粉煤灰和硅粉的火山灰活性效應(yīng)，混凝土內(nèi)部總孔隙率降低，孔徑減小，結(jié)構(gòu)致密，使得混凝土在一定時(shí)間內(nèi)的吸水率降低。但是摻入PP 纖維后，2 種混凝土的吸水率均有所增加。當(dāng)摻合料粉煤灰與硅粉的總摻量為25%時(shí)，摻入PP 纖維后吸水率增加了8%；摻合料總摻量為38%時(shí)，摻入PP 纖維后吸水率增加了33%。吸水率增加的原因是摻入的PP 纖維使混凝土拌合物的流動性降低，工作性變差，從而混凝土的密實(shí)性變差，吸水率增加。另外一個(gè)可能的原因是纖維的加入增加了混凝土中的界面，從而導(dǎo)致混凝土孔隙率提高，吸水率增加。

2.2 滲水高度

　　由表3 知，摻入PP 纖維后，試件的滲透性降低，滲水高度增加。當(dāng)粉煤灰與硅粉總摻量為25%時(shí)，摻入PP 纖維后滲水高度從1.6 mm增加到11.0 mm；摻合料總摻量為38%時(shí)，摻入PP纖維后滲水高度從2.3 mm增加到13.1 mm。其可能的原因同上，即摻入纖維后使得混凝土拌合物流動性降低，工作性變差，從而使混凝土的密實(shí)性變差，在壓力水作用下，滲透性增強(qiáng)，抗?jié)B性降低；另外一個(gè)可能的原因就是纖維的加入增加了混凝土中的界面，在壓力水作用下，水向混凝土內(nèi)部滲入的通道增加。

2.3 電通量

　　電通量反映混凝土抗氯離子滲透的能力。由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)摻合料總摻量分別為0、25%、38%時(shí)，6 h 內(nèi)通過試件的電量分別為981 C、362 C、162 C。電通量隨摻合料摻量的增加呈減少的趨勢。這說明摻合料的摻入可以阻止氯離子在混凝土中的滲透速度，延長氯離子滲透到混凝土內(nèi)部的時(shí)間，提高混凝土抗氯離子侵蝕能力。原因是粉煤灰和硅粉均為具有一定活性的無機(jī)礦物細(xì)粉，其加入可以改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，使混凝土的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，從而降低了氯離子在混凝土中的遷移速度。另外，由于粉煤灰顆粒具有空心結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的內(nèi)表面，可能增加吸附與反應(yīng)的場所，對混凝土內(nèi)部的氯離子吸附起到一定的有利作用，從而使移動的電量減小。

　　盡管隨著摻合料摻量的增加，以及PP 纖維的摻入，通過試件的電量呈減小的趨勢，但是按照ASTM Cl202—97[6]標(biāo)準(zhǔn)，這5 種配合比的混凝土均屬于氯離子滲透能力很低的混凝土。也就是說這幾種混凝土的抗氯離子滲透的能力相差不大。

2.4 氯離子濃度

　　相同暴露條件下，5 種混凝土試件中氯離子濃度隨滲透深度變化情況如圖1 所示。

　　從圖1 可以看出，隨著深度的增加，氯離子濃度降低。摻入粉煤灰和硅粉后，相同深度處的氯離子濃度減小，10 mm深處氯離子濃度已接近于0。

　　對于摻PP 纖維和不摻PP 纖維的試件，在較高滲透深度時(shí)，氯離子濃度相近，說明在試驗(yàn)條件下，摻入PP 纖維后對氯離子的滲透性無明顯影響。

3 結(jié)論

　　對于高性能混凝土，摻入粉煤灰和硅粉這2 種活性材料后，孔結(jié)構(gòu)有很大改善，密實(shí)性大大提高。隨著粉煤灰和硅粉摻量的增加，混凝土的吸水率、電通量及相同暴露條件下同一深度處的氯離子濃度減小。

　　高性能混凝土中摻入PP 纖維對混凝土密實(shí)性有一定影響，使混凝土吸水率和滲水高度有所增大，滲透性增強(qiáng)；但測得的電通量減小，氯離子滲透性變化不大，這與吸水率和滲水高度的試驗(yàn)結(jié)果不甚相符，需要做進(jìn)一步的研究。

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　　[6] ASTM Cl202—94，Standard test method for electrical indicationof concrete ability to resist ion penetration.