聚丙烯纤维水泥混凝土试验性能探析.docx

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1、聚两髓掩水滴瞬!相验的繇折引言：聚丙烯纤维不仅价格低、工艺简单，还具有较好的性能，在混凝土中得到广泛应用。本文通过对聚丙烯纤维水泥混凝土进行试验，研究其各项性能，为其在建设工程中的应用提供更多数据支持及实践经验。1.项目概述该工程项目为滨海地区的一处跨铁路立交桥，修建于2008年。桥梁全长576.06m,共十九跨分六联（第一联跨径组合为4x30m、其余各联跨径组合均为33Om）。桥梁全宽24.5m,分两幅，每幅桥宽12m,其中每幅桥净宽11m。上部结构采用等高度预应力混凝土连续梁（单箱双室直腹板断面），梁高1.6m,结构体系为连续梁体系。该桥梁是当地进出港口的主通道，重交通负荷，该桥桥面破损严

2、重，严重影响了进出港车辆的行车舒适性和道路安全性。2020年建设单位对该桥梁进行维修加固，主要改造内容为：凿除旧桥面沥青铺装层，浇筑新的水泥混凝土桥面。在新图纸设计中，为了有效的提高桥面铺装层的抗裂抗渗性能，本次混凝土采用了掺入聚丙烯纤维的技术。在项目设计中，掺入09kgm3聚丙烯纤维和水泥用量8%的抗裂防水剂，然后桥梁伸缩缝处混凝土里面掺入水泥重量12%的抗裂膨胀剂，以及1.2kgm3的聚丙烯纤维，混凝土强度等级提升了5MPa。在该项目中，为了有效把控项目质量，在检测实验室对聚丙烯纤维水泥混凝土的性能进行检测。2 .聚丙烯纤维水泥混凝土分析2.1 纤维作用和性能纤维的作用不仅和自身性能有关，

3、还与其在混凝土基体中的状态有一定的关系。混凝土中掺入纤维后，将水泥基体里面的连通裂缝减少，有效阻止了水分的侵入；同时，纤维具有阻裂作用，防止水泥基体中微小裂缝的扩展，还可以延缓新裂缝的出现；纤维具有增强作用，通过使用高弹性模量纤维，有助于提升基体抗拉强度；纤维具有耐久作用，可以适当改善水泥基体的抗疲劳等各种性能。但并不是所有的纤维在混凝土中可以起到相同作用，这与纤维自身性能有关，不同纤维和混凝土复合形成的纤维混凝土，其性能存在一定的差异性，不过也存在一定的共性，即所有的纤维在混凝土中具有抗裂作用1。2.2 纤维混凝土增强机理纤维混凝土增强机理主要有两种，一种是复合材料理论，另一种是纤维阻裂理论

4、。其一，复合材料理论，该理论体系中，复合材料被视作为一种多相系统，性能为多个性能之和，在混凝土的应用中，假设纤维沿着应力作用的方向，连续均匀排列；纤维和水泥基体之间有着良好的连接，没有出现相对滑移的情况。复合材料理论的精髓之处便是中心质效应能够叠加，而复合材料需要复合主要是因为基础性材料的性能各不相同，具有互补性特点，发挥着重要的作用。不过，在材料科技水平的影响下，复合材料并非总是完善的。混凝土材料结构不是均质的，在承受拉力作用的时候，混凝土构件的截面受力不是均匀的，有许多不规则应力集中点。通过适当配置抗拉力筋，可以有效约束混凝土塑性变形，防止混凝土裂缝的出现。从复合材料理论来分析，如果纤维无

5、法在混凝土体系中均匀的分散，混凝土基体内纤维较少或者没有的区域便成为薄弱地带，施工后可能会产生裂缝,所以说，混凝土内纤维的均匀分散非常重要。其二，纤维阻裂理论，该理论认为混凝土内部有固有缺陷，想要提升强度，就需要将缺陷的程度尽可能降低，从而提升材料的抗变形能力。纤维阻裂理论指的是纤维在混凝土中均匀分布，可以有效阻止块体内的裂缝逐渐扩展。该理论的假设前提是纤维可以均匀分散，若分散不均匀，说明该条件不成立，该理论失效。由此可见，纤维在混凝土中的分散性，是保证其抗裂效果的关键。2.3 聚丙烯纤维水泥混凝土制备过程聚丙烯纤维水泥混凝土的制备主要是在普通混凝土配合比的标准上，适当掺入聚丙烯纤维。聚丙烯纤

6、维混凝土所需的原材料主要有水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂、水、PP纤维，其中，矿物掺合料主要为粒化高炉矿渣粉、磨细粉煤灰、硅粉等。对于聚丙烯纤维混凝土的配合比，应保证符合JGJ552011普通混凝土配合比设计规程的规范要求，不仅要满足结构设计要求的抗折强度、抗压强度，还应确保满足抗渗性、抗裂性、耐腐蚀性等多项要求。在聚丙烯纤维混凝土的实际生产中，PP纤维的具体掺加比例，可以结合纤维混凝土使用目的，或者依据抗折、抗拉强度的配制要求合理添加2。对于聚丙烯纤维混凝土的稠度，可以根据工程对普通混凝土稠度的要求来确定，在混凝土中掺入聚丙烯纤维，能够有效改善其粘聚性以及保水性。3 .聚丙烯纤维水泥混凝土性

7、能试验3.1 正交试验正交试验法是处理多因子试验的有效方法之一，能够在工艺过程中为了试制新产品、配方、流程等，遇到多水平、多因子、多指标等问题，如果采用传统孤立变量法，那么试验的次数比较多，试验周期比较长，试验的误差也比较大，并且还会耗费大量人力物力。通过使用正交试验法，在正式试验之前，先使用提前制作好的正交表，有计划地安排试验，并在试验之后经过表格运算，合理分析试验结果，在这样的试验中，只需要几次试验便可以找到不同因子在试验中的主次作用，从而确定好的生产条件。对于试验所需的结果，将其作为指标，例如，在进行聚丙烯纤维混凝土各项性能试验时，可以将混凝土抗弯拉强度、抗裂强度、抗压强度等作为试验指标

8、，将水泥的用量、纤维的长度、水灰比、砂率作为试验因子。因子越多，试验的次数也会增加，在试验之前，应结合平时经验选择主要因子来安排试验。3.2试验原材料聚丙烯纤维是新型高分子材料，使用改性母料，将其添加到聚丙烯切片当中，通过共混、纺丝、拉伸、切断，从而制成适用于混凝土的工程纤维。本试验所用的纤维类型为束状单丝，截面形状为Y型，导电导热性较低，没有毒性和吸水性，性能见表1。水泥选择昌乐山水水泥生产的PQ42.5,其具有凝结时间适宜特点，后期具有较高的强度。砂子最好选择细度模数超出2.5-3.0的中砂，其中，对于粒径小于0.075mm的颗粒，保证控制在10%以内，同时MB值1.0;以避免对水泥、集料

9、粘接性产生影响，如果砂子细度过粗，回弹量会随之增加。对于砂子的含水量，最好控制在3%至6%之间，含水量过高或者过低，都不太好。骨料选择本地产石灰岩碎石，骨料的最大粒径应控制在26.5mm以内，为了确保骨料间空隙率，不应使用间断级配的级配方式。对于试验中使用的水，选择生活自来水3。本次聚丙烯纤维混凝土进行室内配合比设计时，加入拌锅的原材料投料顺序最开始为，砂、石预搅拌一掺入水泥干搅拌一加入水一加入纤维一加入外加剂，搅拌时间为2min.室内搅拌时发生了聚丙烯纤维被水泥浆包裹、水泥胶结成团块的现象。为此，调整生产流程，原材料投料顺序为：砂、石预搅拌一加入纤维干拌一加入水泥搅拌一加水湿搅拌一加入外加剂

10、。改进后，混凝土混合料未再出现结块现象。?3. 3抗压强度试验在抗压强度试验中，从养护室将试件取出来，擦拭干净，打开试验机，待试件和上压板靠近的时候，适当调整压力机的球座结构，保证试块与上下压板接触均衡。在加压期间，对试验机进行适当调节，确保均匀加荷，至于加速度，将其把控在0.5MPa至0.8MPa之间即可。在加压过程中，当试件快要破坏并且快速变形的时候，将试验机油门关停，一直到试件破坏，并将破坏荷载记录下来。混凝土立方体抗压强度公式为：fcc=FA.其中，fee为混凝土立方体抗压强度（MPa）,F为试件的破坏荷载（N）,A为试件的承压面面积（mm2）。根据对聚丙烯纤维混凝土抗压强度的试验数据

11、分析，当PP掺入量低于0.3kgm3时，混凝土的抗弯拉强度、抗压强度、静力抗压弹性模量、立方体轴心劈裂强度4项常规力学性能没有明显改变。当PP的掺入量达到0.9kgm3时,此4项常规力学性能才有一明显增幅。未掺pp纤维的混凝土试块在达到极限荷载时，首先表现为试块表面的表层剥落，同时压力试验机的压力值直线下降，试块表现为明显的环箍效应；而掺入PP纤维的混凝土试块达到极限荷载时，试件表面首先出现众多裂纹，而不是呈现表面剥落，同时压力试验机读数则是缓慢降低。这说明掺入PP纤维混凝土相比未掺PP纤维的混凝土具有较高的抗变形能力。3.4抗折强度试验在混凝土抗折性能试验中，对于试验机的加载速度，一般控制在

12、0.05MPa/s至0.08MPas,一直持续到试件断裂为止。混凝土抗折强度（ff）和试件截面的高（h）、宽（b）、支座间距离（L）、试件破坏所承受的荷载（F）有一定的关系，公式为：ff=FL（bh2）0在试验过程中，物料配比为72Okg的砂子、395kg的水泥、1145kg的集料、19Okg的水、165.8g的减水剂，然后添加不同比例的聚丙烯纤维材料，分别为0、0.5kg、0.7kg、0.9kg,通过添加不同比例的聚丙烯纤维，并在养护室养护28天检测抗弯拉强度，最终的结果为表2。?根据室内配合比设计的混凝土抗弯拉强度统计数据得出，掺入0.9%PP纤维的混凝土抗弯拉强度代表值能够达到了设计弯拉

13、强度值的116%。试块在弯拉受荷过程中，试块底部的跨中部位会先出现数道细微裂缝，细微裂缝宽度随着荷载的增大逐渐加宽，最终形成主裂缝，至最大力时试块被弯拉破坏。而未掺入PP纤维的混凝土试块在受荷加载过程中，底部跨中达到极限荷载时表现为瞬时断裂，是一种典型的脆性破坏。3.5抗冲击试验在聚丙烯纤维混凝土抗冲击试验中，使用8kg的钢球，从高位25Cm位置处做自由落体，砸向试件，试件的裂缝超过3mm时，将冲击的次数记录下来。在每一组试验中，都应经最大值、最小值舍掉，然后将剩余三个数值的平均值作为最终结果。在抗冲击性能试验中，分别针对聚丙烯纤维不同添加量的混凝土进行试验，未添加聚丙烯纤维的混凝土，第一次裂

14、开的冲击次数是41次，破坏冲击次数是50次；添加量为0.5kgm3的混凝土，第一次裂开的冲击次数是85次,破坏冲击次数是92次；添加量为0.7kgm3的混凝土，第一次裂开的冲击次数是108次，破坏冲击次数118次；添加量为0.9kgm3的混凝土，第一次裂开的冲击次数是114次，破坏冲击次数是121次。由此可见，从试验中这几组数据来看，聚丙烯纤维的添加量越高，相应的抗冲击能力越强。3.6抗渗性能试验聚丙烯纤维在水泥混凝土中的应用具有极大的优势，有助于提升其抗渗性能。聚丙烯纤维是一种抗裂增强材料，对于水泥混凝土抗渗性能的影响，直接关系着工程的安全性。将聚丙烯纤维加入混凝土中有助于防止早期开裂，或者

15、避免裂缝逐步扩展，有效减少收缩性裂纹的出现，增强混凝土防水性能。试验分为五组，如表1所示，为混凝土的配合比。具体的试验内容包括吸水率、渗水高度、氯离子浓度等,在吸水率试验中，制作立方体试件,边长为100mm,养护时间28天，然后将其烘干并放入水中进行测试，测试时间为三个小时，观察其吸水量占据混凝土质量的百分比。在渗水高度的测试中，制作一个圆柱体试件，上下底面的直径分别为175、185mm,高度为150mm,养护时间28天，测试条件为1.20.05MPa,在恒压下，保证测试时间为24h,然后观察试件渗水高度。在氯离子浓度测试中，制作棱柱体试件，规格为IoommX100mmX300mm,测试在不同

16、深度，试件的氯离子浓度，将试件养护28天之后，磨去试件表层的浮浆，并使用敬酒擦洗干净，涂刷一层环氧树脂，并留出一个长方形截面，将其作为渗透面。接着，将试件放进装有氯化钠溶液的铁箱，保证溶液将试件完全淹没，在整个测试过程中，保证氯化钠溶液浓度在3.5%左右，然后定期添加溶液，浸泡时间180天，取出后从渗透面分层钻取粉末试样，并测出其中总的氯离子含量。经过试验，得知第一组的吸水率、渗透高度、28d抗压强度分别为4.81%、0.8mm、49MPa；第二组分别为4.3%、1.6mm、54MPa；第三组分别为4.11%、2.3mm、57MPa；第四组分别为4.65%、Ilmm、50MPa；第五组分别为5.46%、13.1mm、56MPa.在第1-3组中，硅粉、粉煤灰掺合料的增加，聚丙烯纤维混凝土吸水率下降，主要是因为其火山灰活性效应的影响。当添加PP纤维之后，混凝土吸水率有所增加。对于渗水高度，掺入PP纤维之后，试件的渗透性能有