聚丙烯纖維混凝土路用性能研究

【摘要】聚丙烯纖維對混凝土路用性能的改善，主要體現在纖維混凝土的抗滲、抗裂性能抗疲勞性能等方面。抗滲性關系到水泥混凝土路面的耐久性和使用安全性；抗沖擊性能、耐磨性能和疲勞性能則直接關系到路面的使用壽命。就我國目前水泥混凝土路面破損情況而言，絕大部分的路面破損來源于超載問題。因此，作為路面用混凝土，必須具備較高的承載能力及良好的綜合路用性能。本文就纖維混凝土的抗滲、抗裂性及疲勞等性能進行深入研究。

高韌性纖維混凝土是以斷裂力學和細觀力學的理論為指導，通過對纖維、基體和界面有意識地調整而得到的一種新型水泥基復合材料。該材料具有超韌性、低滲透性、耐久性、抗凍性、抗碳化和理想的裂縫寬度控制能力以及良好的粘結性能。它在改善結構構件的延性、耗能能力、抗侵蝕性、抗沖擊性和耐磨行等方面都具有顯著的效果。同時材料本身纖維分布的各向近似均質，在保證材料高抗壓強度的同時，其抗折強度大大增強，這與路面結構力學計算中的理想力學材料正相符合，因此在不損失水泥混凝土路面任何使用性能的前提下可以大大的減少路面厚度，本文就該材料的主要路用性能進行了分析。

1.抗裂性能試驗

世界各國對混凝土早期收縮裂縫的試驗方法可以分為三大類：即平板式、單軸型和環型約束法。各類方法的基本原理是對混凝土產生一定的約束，起到限制混凝土的自由收縮的作用，并在模擬環境的情況下進行試驗，對混凝土裂縫產生的條件進行最具可能性的放大，通過對產生裂縫的觀測、分析和計算，確定其抗裂性能的效果。本次試驗通過環型約束法進行抗裂試驗。主要采用基準配合比與本項目研究的早強型纖維混凝土對比的抗裂試驗。

環型約束法主要比較兩種不同配合比材料在環形約束條件下，其裂縫出現的時間先后與裂縫寬度的差異。

本次試驗制作了3個抗裂試塊，1個普通砂漿試塊JZ，1個為F1纖維混凝土、1個為S1纖維混凝土。 試塊尺寸為 內徑150mm，外徑220mm，高100mm。在標準養護條件下養護3d，放在室內干燥1d，分別放于1000kW鎢燈下，側面1米處放置一個風機，在試塊附近產生5m/s的風速進行加速試驗，鎢燈距離試件1.5m高，試驗時間為3d。

試驗結果表明：普通砂漿1天后出現了1mm寬的裂縫，3天后裂縫寬度擴大為3mm左右。而早強型纖維混凝土試塊在整個試驗周期范圍內均未出現裂縫?？梢娫撆浜媳鹊睦w維混凝土具有很好的抗裂性能。

2.干縮性能試驗

用于路面的混凝土直接暴露于大氣中，經受著凍融循環、干濕交替等復多變環境條件的考驗，混凝土長期性能也因此成為評價其使用品質的重要指標，其中干縮性就是評價指標之一。聚丙烯纖維混凝土的長期性能也一直受到關注，雖然一些學者對此進行了研究，但由于使用的試驗方法、材料的差異，對聚丙烯纖維改善混凝土長期性能程度，不同文獻的研究結論也不完全一致。

本次試驗采用水泥砂漿收縮膨脹儀進行干縮試驗，制作40×40×160mm標準試件，利用三角架和百分表測其干縮變形。測試過程中為了盡量減少溫度的影響，每天都在相同時間測試，在保證溫差不超5oC的前提下讀取數據。

3.抗滲實驗

一般來說水泥混凝土是耐水材料，但由于其具有多孔的特點，在一定水壓下水分將浸濕并滲入。一定深度內的干濕交替作用對混凝土的耐久性非常不利，因為幾乎所有的混凝土的耐久性問題，如堿集料反應、混凝土碳化和鋼筋銹蝕、凍融破壞，都以水為反應物或以水為媒介。

混凝土的抗滲性是指混凝土抵抗一定水壓下水的滲透能力。對于路面、橋面等設施，混凝土滲水帶來的危害同樣巨大，可能造成下部結構耐久性損壞?？節B性差的混凝土，水分容易進入混凝土內部引起侵蝕、冰凍等破壞作用，對于鋼筋混凝土還可能引起鋼筋的銹蝕和保護層的開裂和剝落。抗滲性能不好，有害物質的侵蝕速度越快，侵蝕深度越深，耐久性越差，反之，抗滲性好，耐久性高。

本項目研究了4種配合比，包括工地水泥混凝土路面配合比，基準配合比，及上述2種纖維混凝土配合比。其中工地（GD）配合比如下。

GD混凝土配合比為：水泥：水：砂：粗骨料（5-10）：粗骨料（10-20）=400：170：610：870：370

從表3中可以看出，未摻入纖維的JZ水泥基配合比的抗滲性能最好，其次為F1、S1，但相差均不大，三者均比含有粗骨料的GD抗滲性能好。分析其原因是，JZ由于沒有大體積纖維和粗骨料，水泥基體密實度很好，所以抗滲性能最好。而F1、S1由于纖維體積摻量較大，纖維之間相互交錯，導致水泥基體有相互連通的通道，降低了水泥基體的抗滲性能。但由于部分纖維對混凝土具有增密作用，使混凝土內部水泥漿體空隙細窄，而且曲折互不連通，又一定程度上增強了抗滲性能。總體來看，抗滲性能沒有發生明顯的改變，但仍強于GD有粗骨料的配合比。

4.結論

（1）早強型纖維混凝土試塊在整個試驗周期范圍內均未出現裂縫。可見該配合比的纖維混凝土具有很好的抗裂性能。

（2）纖維加入，砂漿的干縮趨勢沒有明顯的變化，反而總體數值有所增加。

（3） 纖維的加入對普通混凝土的抗滲性能沒有明顯的影響，而且其抗滲性強于GD有粗骨料的配合比。

參考文獻

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