聚丙烯纖維、膨脹劑和高強輕質混凝土性能相關性

黃 瑞 楊曉琴

(葛洲壩集團試驗檢測有限公司, 湖北 宜昌 443000)

聚丙烯纖維、膨脹劑和高強輕質混凝土性能相關性

黃 瑞 楊曉琴

(葛洲壩集團試驗檢測有限公司, 湖北 宜昌 443000)

本文通過對高強輕質混凝土的特點及影響因素進行了分析，分析了高強輕質混凝土收縮和干裂的影響特點，在此基礎上通過試驗的方式對聚丙烯纖維和膨脹劑對高強輕質混凝土的力學性能、自由收縮及約束性能的影響進行了研究。

聚丙烯纖維；膨脹劑；高強輕質；混凝土

高強輕質混凝土的抗震性能、保溫性能及耐火性能較為良好，并且質量較輕，目前已經成為現代混凝土的發展主流。但是相關人員通過實驗分析表示，高強輕質混凝土的收縮量比普通混凝土大，在早期容易發生干裂現象。高強輕質混凝土早期收縮開裂會破壞混凝土結構，縮短混凝土使用的時間【1】。本文就通過高強輕質混凝土抗壓強度的65MPa為例，研究聚丙烯纖維及膨脹劑對高強輕質混凝土抗干裂及收縮性能的影響。

1 聚丙烯纖維、膨脹劑和高強輕質混凝土性能相關性分析試驗設計

1.1 材料及配合比

試驗的配合比要求材料的立方體抗壓強度誤差不能夠超過 5%（65MPa），水泥使用上海某水泥廠生產的普通硅酸鹽水泥，砂石使用細度模數為2.65的天然河砂；粗骨料使用河北生產的密度為834kg/m3的陶粒，筒壓的強度為7.13MPa，頁巖陶粒每小時的吸水率為4.2%；使用堆積密度為580kg/m3的一級粉煤灰；減水劑使用江西生產；膨脹劑使用天津生產，聚丙纖維使用河北生產長度 15mm的纖維，根據《輕骨料混凝土技術規程》中設計試驗配合比，為了降低陶粒表面含塵量，在摻和之前清洗陶粒，因為陶粒具有吸水性，所以在配置過程中要附加用水，表1為試驗配合比。

表1 試驗配合比

1.2 試驗步驟

1.2.1 混凝土強度

以《普通混凝土力學性能試驗》實現混凝土強度的力學性能試驗，對材料的抗折及抗壓強度進行測量，抗折試件尺寸為100*100*400（mm），抗壓試件尺寸為100*100*100（mm）。

1.2.2 混凝土自由收縮

自由收縮試件的尺寸為100*100*515，試件的兩端具有銅側頭，在試件澆筑成型之后，將其移動到標準養護室中進行帶模養護，一天之后將模具拆除轉移到實驗室中，將試件放置四小時之后對初始化進行測量。要求實驗室的環境溫度為（20±2）℃，實驗室的環境濕度為（40%±2%）；使用混凝土收縮膨脹儀對混凝土自由收縮進行測量。

1.2.3 約束收縮

使用現代外放內圓偏心約束的收縮實驗進行混凝土約束收縮實驗，實驗裝置由混凝土外層及空心鋼環構成。此方法能夠對混凝土開裂位置進行預判斷，并且能夠有效降低試驗周期。在試驗之間使鋼管內表面粘貼應變片，

2 結果研究

2.1 力學試驗

通過圖 1可以看出來，所配制的高強輕質混凝土的抗壓強度及普通混凝土相同，誤差沒有超過5%，但是兩者的抗折強度存在較大的抗折強度。高強輕質混泥土的抗折強度是普通混凝土抗折強度的 27%，以此就可以看出來，膨脹劑對于高強輕質混凝土的抗折及抗壓強度并沒有影響。聚丙烯纖維能夠有效提高高強輕質混凝土的抗折強度，本文摻雜的聚丙烯纖維的高強輕質混凝土的抗折強度有效有效提高了 31%。聚丙烯纖維及膨脹劑兩者相互融合對于高強輕質混凝土抗壓及抗折的影響，我們也可以將其看做是膨脹劑和聚丙烯纖維兩者相互融合的結果。

圖1 試件在抗折及抗壓強度試驗結果

圖2 實際試件開裂位置及裂縫在放大之后的圖像

2.2 自由收縮

圖 2為各配合比材料自由收縮實驗的結果，在高強輕質混凝土配置過程中摻入聚丙烯纖維及膨脹劑能夠降低自身的收縮率，并且膨脹劑摻入之后具有明顯的減縮效果。具有最優效果就是聚丙烯纖維及膨脹劑兩者的相互結合，兩者共同作用比兩者單獨作用的效果更好，聚丙烯纖維和膨脹劑兩者相互結合的收縮率比普通混凝土要小。聚丙烯纖維降低收縮率的主要原因是因為聚丙烯纖維在摻入到高強輕質混凝土中，所有的聚丙烯會成為尤為復雜的三維亂象體系，從而阻礙了水分的流失，從而進一步的降低了混凝土收縮率。膨脹劑降低收縮率的主要原因是因為膨脹劑在摻入到高強輕質混凝土中的早期會出現無水硫酸鋁鈣反應，在中期會產生明礬石，在膨脹劑逐漸深入到高強輕質混凝土中并且伴水之后會生成較多的膨脹節結晶化合物，從而導致混凝土出現一定的膨脹，以此與高強輕質混凝土中的自由收縮率相互抵消。因為聚丙烯纖維和膨脹劑的減縮肌理不同，所以將兩者共同使用應對高強輕質混凝土收縮的強度更加明顯。

2.3 約束收縮

五組材料的外方中圓偏心約束試件的開裂位置處于試件最薄弱的地方，在高強輕質混凝土凝結之后，內鋼環會受到收縮的約束，從而使鋼環外表面不僅會受到壓應力的影響，還會在高輕度輕質混凝土中產生相應的拉應力。在高強輕質混凝土的拉應力比極限拉應力要大的時候，試件就會開裂。實際試件開裂的位置及裂縫在放大之后的圖像詳見圖2。在試件開裂過程中，鋼環中表面應變會發生突變，也就是鋼環內表面出現突變的時間就是試件出現開裂的時間，鋼環內表面會隨著時間的變化不斷發展。

通過試件對開裂的時間的比較可以看出來，LC試件是第一個開裂的，PLC試件為第二個開裂，FLC試件為第三個開裂，其次為CC試件，最后開裂的為FPLC試件。那么以此就表示，高清輕質混凝土的抗開裂性能沒有普通混凝土的抗開裂性能強，聚丙烯纖維及膨脹在高強輕質混凝土配制中添加，能夠有效改善混泥土的抗開裂性能；聚丙烯纖維和膨脹劑兩者相互融合在高強輕質混凝土配置過程中，其抗開裂性能比普通混凝土要好。此方面的主要原因使用為聚丙烯纖維和膨脹劑分別為兩方面對高強輕質混凝土的性能進行了改善。聚丙烯纖維有效提高高強輕質混凝土的抗開裂性能是應為聚丙烯纖維能夠有效阻斷微裂縫的擴展，從而避免裂縫不斷的開展；膨脹劑有效提高高強輕質混凝土的抗開裂性能是因為其能夠通過膨脹對混凝土的收縮性能進行補償。所以，聚丙烯纖維和膨脹劑兩者的相互結合能夠有效對高強輕質混凝土的抗開裂性能進行完善，從而提高工程中高強輕質混泥土的使用效率。

[1]徐韜. 聚合物水泥基鋼筋混凝土結構修復補強材料力學性能的研究[D]. 吉林建筑大學, 2013.

[2]何毅. 膨脹聚丙烯纖維混凝土配合比試驗研究[J]. 城市建設理論研究:電子版, 2013(2).

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1007-6344（2017）10-0266-01