搅拌站混杂纤维混凝土的抗渗性能技术研究

搅拌站混杂纤维混凝土的抗渗性能技术研究

赵春旺

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摘要：通过在混凝土体系中单掺或混掺钢纤维、聚丙烯纤维、UF500纤维素纤维3种不同性质的纤维，系统的研究了3种纤维单掺或混掺对混凝土工作性、力学性能和抗渗性的影响特点和变化规律。结果表明，钢纤维和聚丙烯纤维有利于提高混凝土抗折强度，而纤维素纤维对混凝土抗渗性有较明显的改善效果；纤维混掺比纤维单掺能更大幅度的提高混凝土的抗折强度和抗渗性能。

关键词：混杂纤维；工作性；力学性能；抗渗性

0引言

混凝土本身是一种多相、多组分、非均质的脆性复合材料。在混凝土结构形成过程中因失水等原因引起收缩，导致其内部出现孔隙、微裂纹等缺陷。在受力过程中这些缺陷都是裂缝源，易产生应力集中，裂缝扩展以致基体发生破坏。通过在混凝土体系中掺入纤维，可阻止裂缝引发，减少与缩小裂缝源尺度和数量；在受力过程中，可以抑制裂缝的引伸和扩展，缓和裂缝尖端应力集中程度。

单一纤维受限于其自身的特点往往只能在某些有限的方面发挥自己的优点，而不同尺度不同性能的纤维通过合理的设计进行混杂，使其在混凝土不同阶段发挥作用，相互补充，既发挥了单一纤维的作用又能发挥多种纤维复合的叠加作用，可明显提高或改善原先单纤维混凝土的若干性能，获取优良的综合性能。UF500纤维素纤维为短、细纤维，其在混凝土裂缝萌生和微裂阶段有良好的阻裂作用，即纤维素纤维对改善混凝土初裂效果明显。当裂缝进一步扩展时，大量纤维素纤维被拉断，增韧作用下降。混凝土宏观裂缝形成后，钢纤维和聚丙烯纤维的阻裂效果优于纤维素纤维。本系统研究了纤维素纤维、钢纤维和聚丙烯纤维的单掺和二元混掺对混凝土工作性、力学性能和抗渗性的影响规律。

1试验方法

1.1试验方法

采用强制式搅拌机拌和。先加入水泥、粗骨料、细骨料和纤维，混合搅拌30s,使纤维均匀分散于混合料中，然后加入水和减水剂搅拌150s。

混凝土坍落度的试验按照GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行；混凝土抗压、抗折强度的试验按照GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行；混凝土的抗渗性能按照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》中的渗水高度法进行，即一次加压至1.2MPa,稳压24h,然后降压，劈开试件，沿水痕等间距量测10个测点的渗水高度，取其平均值作为混凝土的渗水高度。

3单一纤维对混凝土性能的影响

3.1混凝土配合比及纤维掺量的确定

混凝土的工作性是决定混凝土质量和应用范围的关键因素之一，近年来越来越受到人们的重视。坍落度的测定是表征混凝土工作性最常用的方法，因此，本研究设定混凝土最低坍落度为100mm,只有满足此条件的新拌混凝土才可以成型、测试。

试验采用纤维外掺法(以下表中数据为每立方米基准混凝土内添加的纤维质量)。

3.2试验结果与分析

在混凝土体系中分别掺入3种单一纤维后，新拌混凝土坍落度。3种单纤维混凝土的坍落度均低于基准混凝土，且都随着纤维掺量的增加而降低。这是由于钢纤维和聚丙烯纤维在拌合物中形成网状结构，使得拌合物内部摩擦阻力增大，流动度降低，而且纤维表面会吸附水泥浆体进一步降低拌合物的流动度；纤维素纤维由于其非常细小难以形成网状结构，但其比表面积大、亲水性好，能够吸附大量的水泥浆体，减少水泥浆体在拌合物中的润滑作用，使得拌合物流动度降低。编号为P4、U3、U4的单纤维混凝土由于坍落度<100mm,没有进行后续的相关试验。

钢纤维、聚丙烯纤维对混凝土抗折强度的提高比纤维素纤维大的多，这是因为纤维素纤维长度较短，当基体中裂纹的宽度扩展到大于其长度时，纤维素纤维就失去了增强作用使得裂纹扩展加剧试件破坏，而此时长度较长的钢纤维和聚丙烯纤维仍可以跨越裂缝依靠纤维的拔出和断裂吸收大量能量，使试件呈现出塑性，出现“裂而不断”的现象。

3种纤维对混凝土的抗压强度提高均不是很明显，这是因为纤维的掺入，限制了混凝土在受压过程中的体积变化，吸收部分能量提高抗压强度；但是纤维的掺入也增多了纤维-基体界面薄弱区，导致混凝土抗压强度得不到提高甚至还有下降。两方面因素的综合作用下，使得纤维对混凝土的增压效果不明显。

4混杂纤维对混凝土性能的影响

4.1混凝土配合比及纤维种类和掺量的确定

由上述单一纤维混凝土的试验可知3种纤维对混凝土抗压强度提高均不是很明显，而钢纤维、聚丙烯纤维对混凝土抗折强度的提高明显大于纤维素纤维，为使两种纤维能够优势互补共同发挥作用，试验确定纤维混掺种类为：钢纤维+纤维素纤维、聚丙烯纤维+纤维素纤维。由单一纤维混凝土试验结果可知纤维掺量越大混凝土坍落度越小，力学性能越好，为得到性能更好的混凝土和满足坍落度>100mm的要求，确定纤维混掺掺量如下：

4.2试验结果与分析

两种混杂纤维掺入混凝土后，其新拌混凝土坍落度混杂纤维混凝土坍落度，纤维混掺对混凝土坍落度的影响跟纤维单掺非常类似，混凝土坍落度都是随着纤维掺量的增加而降低。其中编号为US3、US4、UP4、UP8的混杂纤维混凝土由于坍落度<100mm,没有进行后续的相关试验。

5结束语

本试验选取基准混凝土、单一纤维混凝土和混杂纤维混凝土力学性能最优者为抗渗试验对象，编号分别为：O、U2、P3、S4、UP3、US7。通过测试、比较混凝土渗水高度来研究纤维对混凝土抗渗性能的影响，不同混凝土的渗水高度由看出，两种混杂纤维混凝土的抗压强度与基准混凝土相比均有所提高，其中提高幅度最大的分别是试样US7提高了11.58%、试样UP3提高了16.95%,但与单一纤维混凝土相比有升有降，可见纤维混掺并不能更大幅度的提高混凝土的抗压强度。由看出，两种混杂纤维混凝土的抗折强度的提高总体上随着纤维掺量的增加而增大，与单一纤维混凝土相比混杂纤维混凝土的抗折强度更高。这是因为两种纤维在混凝土裂缝萌生、扩展直到混凝土破坏的过程中能各自发挥作用，共同提高混凝土的抗折强度。两种混杂纤维混凝土的抗折强度较基准混凝土提高幅度最大的分别是试样US7提高了54.78%、试样UP3提高了56.99%。综上所述，纤维混掺能更进一步提高混凝土的综

合力学性能，两种混杂纤维混凝土综合力学性能最优者为US7、UP3。纤维素纤维、聚丙烯纤维、钢纤维的掺入使得混凝土的最大渗水高度较基准混凝土分别降低了60%、36%、12%,这是因为纤维的掺入一方面可以抑制基体裂缝的形成和发展，降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的密实度；另一方面基体中分布的大量纤维使得混凝土的失水面积减小，水分迁移困难，从而使毛细管因失水收缩所形成的毛细管张力减小，提高了混凝土的抗渗性间。3种纤维中，纤维素纤维能更有效的抑制混凝土裂缝的形成，并且由于其比较细小，在混凝土中数目非常多，能够显著降低混凝土失水面积，所以在单纤维混凝土中纤维素纤维混凝土的抗渗性能最优。当纤维混掺时，混凝土的最大渗水高度较基准混凝土分别降低68%、88%,比3种单一纤维混凝土的抗渗性能更优异，这是因为两种不同尺度、不同性质的纤维在混凝土中形成空间网络结构，不仅可以更进一步的改善混凝土的孔隙率，提高混凝土的密实度，而且还可以产生诸界面和诸界面效应范围在三维空间产生叠加效应7,进一步提高混凝土的抗渗性。

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