聚丙烯纖維對低強度機制砂混凝土性能的影響

西南交通大學土木工程學院，四川 成都 611756

摘要：機制砂和天然砂相比，空隙率小，粒形和級配較差，影響拌和物和易性和硬化后的性能。本文主要研究了聚丙烯纖維對低強度機制砂混凝土和易性和凝結硬化后抗壓強度的影響。

關鍵詞：聚丙烯纖維；機制砂混凝土；和易性；抗壓強度

1、前言

由于機制砂生產設備、工藝差異，使得機制砂的性能差別很大，對機制砂母材也有影響。目前，在配置全機制砂混凝土時，基本沿襲了天然砂混凝土配制方法，對機制砂混凝土的特性考慮的很少，從而不能配制出性能良好的混凝土。

聚丙烯纖維一般分為單絲和網形兩種規格，長度在19mm-50mm之間，其物理性能基本相同。即聚丙烯纖維不溶于水，無味，無毒，密度約為0.91g/m3，熔點約為1600C，燃點約為5800C，耐熱性能好，導電性、導熱性極低，抗酸堿性極高[1]。聚丙烯纖維對混凝土的性能影響很大，尤其是對其抗拉強度、抗凍、抗滲等性能。其作用機理是由于纖維以單絲形式大量均勻分布于混凝土內部，微裂縫在發展的過程中遭遇到纖維的阻擋，消耗了能量，難以進一步發展，從而阻斷裂縫，達到了抗裂的作用。纖維的加入猶如在混凝土中摻入了巨大數量的微細筋，這些纖維筋抑止了混凝土的進程，提高了混凝土的斷裂韌性，而這些單靠加強鋼筋是不能實現的，聚丙烯纖維成了混凝土（砂漿）抗裂抗滲的有效手段。【2】本文通過在低強度機制砂混凝土中加入不同量的聚丙烯纖維，研究其對低強度機制砂混凝土和易性、抗壓強度的影響。

2、實驗原材料

（1）水泥：采用都江堰拉法基牌42.5 級普通硅酸鹽水泥。密度3.06 g/cm3，比表面積380 ㎡/㎏。

表1 水泥性能指標

檢測項目Mgcl2

含量/%SO

含量/%燒失量

/%凝結時間

（min）抗壓強度

/ MPa抗折強度

/ MPa

初凝終凝3d28d3d28d

P.042.53.132.472.7317623525.043.64.98.0

粗骨料：試驗用粗集料為碎石。碎石為5～16mm和16～25mm兩種粒級碎石摻配使用，摻配比例分別為40%、60%。摻配后的混合粗集料為5～25mm連續級配碎石。符合《建筑用卵石、碎石》（GB14685-2001）規定的Ⅱ類骨料。

（3）Ⅱ級粉煤灰：細度（0.045mm方孔篩篩余）14.6%，需水量比101%，燒失量4.07%，含水量0.3%，三氧化硫含量2.57%，氧化鈣含量5.23%，氯離子含量0.006%。

（4）聚羧酸高效減水劑：減水率25%，摻量為0.66%。

（5）細骨料：花崗巖機制砂，表觀密度2.68kg/m3，堆積密度1.45 kg/m3，細度模數為2.67，亞甲藍值MB值=1.0，石粉含量12.7%。

（6）聚丙烯纖維材料性能

表2 丙烯纖維材料性能

項目密度

/g/cm3直徑

/μm長度

/mm抗拉強度

/MPa彈性模量

/MPa斷裂伸長率熔點

/℃燃點

/℃

聚丙烯

纖維0.920～4015～20≥500≥385010～28%160～180580

3、配合比計算原則

（1）以降低水泥用量、減小收縮，滿足節能減排的要求。

（2）用水量盡量少，可降低水泥及膠凝材料用量；

（3）采用體積法計算粗、細骨料用量，應按下列公式計算

4、實驗方法

混凝土采用強制式攪拌機拌合，攪拌時間為3min，高效減水劑采用后摻法。試件采用振動臺振動成型，時間為2min。

配制混凝土拌合物為高流動性混凝土，混凝土的流動性則用坍落度與坍落擴展法測定。混凝土粘聚度和保水度定性的觀察描述。試驗時將拌好的混凝土分三層裝入標準圓錐筒中，每層用搗棒沿螺旋方向在截面上由外向中心均勻插搗25次，插搗筒邊混凝土時，搗棒可以稍稍傾斜，插搗底層時，搗棒應貫穿整個深度。插搗第二層和頂層時，搗棒應插透本層至下一層表面。待裝滿刮平后，垂直提起塌落筒，量測筒高與落后混凝土試體最高點之間的高度差，即為該混凝土拌合物的塌落度值，拌合物向四周擴展停止后的最大直徑即為擴展度。

5、實驗及分析

5.1聚丙烯纖維對低強度機制砂混凝土和易性的影響

取水灰比為0.6，計算配合比。用水量為170L，砂率為45%，粉體當量總體積為170L，粉漿體當量體積為340L，不同外加聚丙烯纖維下的配比如表4所示：

表3

組號聚丙烯纖維摻量/kg坍落度（mm）擴展度（mm）描述

K10195450無泌水，整體坍落

K20.6200350崩坍，干稠

K30.8200400粘稠，整體坍落流動性好

K41210400粘稠，整體坍落

K51.2235460干稠，整體坍落

表4 混凝土配合比

組號聚丙烯纖維

摻量/kg水泥

/kg外加石粉

/kg漿體

體積/L粉體當量

總體積/L粉漿體

當量體積/L減水劑

/%

K10170134.82781703400.80

K20.6170134.82781703400.83

K30.8170134.82781703400.90

K41170134.82781703401.03

K51.2170134.82781703401.41

如表4所示，K1到K5組中，通過加入不同量的聚丙烯纖維來研究其對低強度機制砂混凝土和易性的影響，減水劑的量從0.80%到1.41%。從實驗中看到，不同的聚丙烯纖維用量所表現出的混凝土和易性是不同的。雖然隨著纖維的加入混凝土的坍落度差別較小，但是其保水性和黏聚性相差很大。同時隨著加入聚丙烯纖維的不同存在一個最佳減水劑的問題，當減水劑的加入量小于1%時，機制砂混凝土的和易性較差。所以，在實際工程運用中建議添加聚丙烯纖維的機制砂混凝土的減水劑加入量大于1%.這一結論與俞家歡等人[3]的結論大致相符即如果外加劑含量小于1%，和易性極差，混凝土流動時間長.建議使用纖維時，添加劑的含量要大于1%。

5.2聚丙烯纖維對低強度機制砂混凝土強度的影響

表5 抗壓強度

組號28天強度56天強度

K125.0033.39

K224.6027.58

K322.8131.55

K424.0328.30

K523.6331.12

圖1 聚丙烯纖維對抗壓強度的影響

由表5知，從K1到K5，加入不同含量聚丙烯纖維的機制砂混凝土抗壓強度有緩慢的下降趨勢，由此說明聚丙烯纖維對混凝土的抗壓強度影響不是很大。但是，K4、K5相對于K2、K3來說28天和56天的抗壓強度有所提高。從而也說明了當減水劑含量大于1%時，不僅提高了機制砂混凝土的和易性，而且對混凝土的強度影響也不大，從而也說明了最佳減水劑含量的問題。

6、結論