新拌聚丙烯纖維混凝土工作性能試驗研究

錢春香，聶彥鋒，胡迎波

(1.東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京211189;2.江蘇省土木工程材料重點實驗室，江蘇南京211189)

在工程實踐中，混凝土裂縫已成為普遍且難以解決的問題.從材料角度看，控制混凝土的早期開裂主要從減小混凝土收縮和提高混凝土抗拉強度出發(fā)，用纖維增強混凝土來提高混凝土抗裂性和韌性是目前國際上較認(rèn)可的有效方法［1］.聚丙烯纖維混凝土已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用于工程中，取得了較好的工程效應(yīng)［2］.但有研究表明，在其他條件不變的情況下，混凝土中摻入纖維會降低混凝土的流動性，在一定程度上影響混凝土的后期性能，且在機場、隧道等工程中影響較大［3－5］.故改善聚丙烯纖維混凝土的工作性能顯得尤為重要.

目前改善纖維混凝土工作性能的方法主要是通過摻加高效減水劑、礦物摻合料等外摻組分來實現(xiàn).然而纖維混凝土的工作性能不僅與化學(xué)外加劑、礦物摻合料等的種類有關(guān)，更重要的還與其摻量有很大的關(guān)系，并且這些還在很大程度上影響著工程的經(jīng)濟效益.因此，研究不同外摻組分及其摻量對纖維混凝土工作性能的影響，對于制備高流動性、不分層離析、泌水的混凝土具有重要意義.

目前國內(nèi)外研究成果主要集中在研究各種纖維對砂漿或混凝土的阻裂增強和減少收縮方面［6－7］，而對在纖維和化學(xué)外加劑以及礦物摻合料共同作用時纖維混凝土工作性能方面的研究較少［8］.筆者主要研究了纖維和高效減水劑的摻量對目前大都摻有礦物摻合料和膨脹劑的纖維混凝土工作性能的影響規(guī)律，以期為制備適宜經(jīng)濟的高工作性能纖維混凝土提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐.

1 試驗原材料及配合比

1.1 試驗原材料

①水泥:盤固P·II 52.5普通硅酸鹽水泥.②粉煤灰:出自南京聚力粉煤灰建材廠，Ⅰ級.③礦粉:選用南京梅寶新型建材有限公司生產(chǎn)的S95礦粉.④細(xì)骨料:細(xì)度模數(shù)為2.7的河砂.⑤粗骨料:5.0～31.5 mm的連續(xù)級配玄武巖.⑥減水劑:丙烯酸類聚羧酸減水劑.⑦膨脹劑:選用江蘇省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的HME －Ⅲ低堿型混凝土膨脹劑.⑧纖維:選用江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的潤強絲 －Ⅰ聚丙烯纖維.其主要性能指標(biāo)見表1.

表1 潤強絲 －Ⅰ聚丙烯纖維的主要性能指標(biāo)

1.2 試驗配合比

纖維混凝土強度等級選取CF30.礦物摻合料選取粉煤灰和礦渣按等比例雙摻，總用量為總膠凝材料用量的25%，膨脹劑用量為總膠凝材料的8%，實驗配合比見表2.

表2 試驗配合比kg/m3

1.3 試驗方法

新拌聚丙烯纖維混凝土工作性能主要通過坍落度指標(biāo)來評定.測定根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTG E30—2005)來進(jìn)行.

纖維與水和減水劑的接觸角由JY－82B接觸角測定儀測量.

2 試驗結(jié)果及分析

1)在減水劑摻量相同條件下，聚丙烯纖維的摻量對新拌混凝土的坍落度影響較大，變化趨勢如圖1所示.由圖1可以看出，在減水劑摻量相同條件下，無論摻量大小，隨著纖維摻量的增加，坍落度均呈現(xiàn)降低的趨勢.其原因主要在于在混凝土拌合物摻入聚丙烯纖維后，混凝土拌合物內(nèi)部形成一種近似均勻的亂向支撐體系，隨著摻量的增加，這種體系占據(jù)空間越大，由于聚丙烯纖維與水泥基材料有著極強的結(jié)合力，則黏聚性增大，坍落度降低.

圖1 減水劑摻量相同條件下不同纖維摻量對坍落度的影響

2)在纖維摻量相同條件下，不同減水劑摻量對坍落度的影響也較大，其變化趨勢如圖2所示.由圖2可以看出，在纖維摻量相同條件下，隨著減水劑摻量的提高，坍落度同樣提高，這與不摻纖維混凝土的變化趨勢相同，表明纖維的摻量并未明顯影響減水劑作用的發(fā)揮.

圖2 纖維摻量相同條件下不同減水劑摻量對坍落度的影響

在纖維摻量相同條件下，減水劑摻量不同，對坍落度的影響程度也不同.當(dāng)纖維摻量為0.6%時，減水劑摻量由1.1%增加到1.3%，坍落度提高了20%;當(dāng)纖維摻量為0.7%時，相同的減水劑摻量增幅條件下，坍落度提高了15%;當(dāng)纖維摻量為0.8%時，相同的減水劑摻量增幅條件下，坍落度提高了15.6%.這表明隨著纖維摻量的增加，增加減水劑的摻量不僅不能提高纖維混凝土的工作性能，還會增加成本.因為在纖維摻量一定的條件下，減水劑摻量的增加將會增加新拌混凝土的泌水性，而此時減水劑將影響材料成本.所以，在選取一定纖維摻量后，減水劑的摻量應(yīng)適當(dāng).

3)減水劑和水與纖維的接觸角.接觸角是衡量材料表面潤濕性能的一個重要參數(shù).液體與固體接觸時的潤濕情況有兩種:①液體完全潤濕固體表面，固－液界面之間的接觸角為0°;②液體部分潤濕固體表面，即液體在固體表面形成液滴，呈現(xiàn)非零接觸角［9］.

試驗中，分別測試了水和減水劑與纖維之間的接觸角，如圖3所示.由圖3可知，減水劑和水與纖維的接觸角不同，減水劑與纖維的接觸角范圍為34°～45°，水與纖維的接觸角為69°～78°，表明減水劑較水容易潤濕纖維，意味著部分減水劑并沒有發(fā)揮其作用，而是被吸附在了纖維上面.由此可知，在纖維改性時，應(yīng)注意纖維表面的處理，提高其與減水劑和水的接觸角;在實際工程中，應(yīng)選取極性較強能增加與纖維接觸角的減水劑，這樣可以提高減水劑利用率，增強經(jīng)濟效益.

圖3 減水劑和水與纖維接觸角示意圖

3 結(jié)語

1)在減水劑摻量相同條件下，無論其摻量大小，隨著纖維摻量的增加，坍落度均呈現(xiàn)降低的趨勢.

2)在纖維摻量相同條件下，隨著減水劑摻量的提高，坍落度同樣提高.但減水劑摻量不同，對坍落度的影響程度也不同.

3)減水劑和水與纖維的接觸角不同，減水劑較水容易潤濕纖維.

［1］高丹盈，湯寄予，朱海堂，等.聚合物纖維對瀝青混凝土低溫性能影響的研究［J］.新型建筑材料，2008，35(增刊):135－138.

［2］盛松濤，方坤河.聚丙烯纖維在水工高性能混凝土中的作用［J］.混凝土，2003(11):51－54.

［3］孫海燕，龔愛民.聚丙烯纖維混凝土性能的試驗研究［J］.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，22(1):155 －158.

［4］龔愛民，孫海燕，彭玉林.聚丙烯纖維對新拌混凝土性能的影響［J］.建筑材料學(xué)報，2007，10(4):488 －492.

［5］ Roussel N.Steady and transient flow behaviour of fresh cement pastes［J］.Cement and Concrete Research，2005，35(9):1656－1664.

［6］孫家瑛.混雜聚丙烯纖維混凝土性能研究［J］.混凝土，2003(11):16－20.

［7］孫家瑛.聚丙烯纖維對高性能混凝土抗折強度、抗沖擊性能影響研究［J］.山東建材學(xué)院學(xué)報，2002，10(5):19－21.

［8］宋衛(wèi)民，尹健.新拌纖維混凝土流變性能研究綜述［J］.生態(tài)建材，2012(3):41－44.

［9］ Ronaldo G dos Santosa，Rahoma S ohameda，Antonio C Bannwartb，et al.Contact angle measurements and wetting behavior of inner surfaces of pipelines exposed to heavy crude oil and water［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2006，51(1 －2):9 －16.