聚丙烯纤维砂浆早期抗裂性能的试验研究

　　摘要：混凝土结构的早期开裂现象较严重，降低了结构的耐久性。聚丙烯纤维的主要作用之一是早期阻裂。本试验在砂浆中分别掺入聚丙烯纤维长度为3mm、6mm、10mm、15mm和掺量分别为0.5 kg/m3和1kg/m3的纤维，以及不掺纤维的基准试件。试验表明：随纤维长度和掺量的增加，能有效的抑制砂浆塑性收缩造成的开裂。
　　关键词：聚丙烯纤维;砂浆;裂缝;混凝土
　　1 前言
　　混凝土由于其抗压强度高，材料来源广泛、价格便宜、易浇筑成型等优点，被广泛应用于房屋建筑工程、道路桥梁工程、码头水利工程及水泥制品。但是在混凝土结构中存在一个相当普遍并且严重的问题就是结构物的开裂。裂缝严重影响了混凝土的耐久性，成了长期困扰工程界的一大问题。
　　混凝土产生裂缝的原因有多种，尤以塑性收缩变形引起的裂缝最多。塑性收缩大小约为水泥绝对体积的1%。产生原因一是由于混凝土此时出现泌水和水分急剧蒸发，引起失水收缩;二是由于泌水和混凝土内不同颗粒的不均匀沉降，使混凝土与钢筋之间、骨料与胶结材料之间发生不均匀沉缩变形。混凝土表面在材料硬化前失水收缩引起拉应力，内部的变形由于骨料和钢筋的约束也会产生拉应力，同时混凝土的早期抗拉强度达不到混凝土收缩所产生的应力，因而出现不可恢复的塑性收缩裂缝。研究砂浆的早期抗裂性能对于研究混凝土的抗裂有重要的意义。实践证明，聚丙烯纤维的掺入，有利于减少混凝土以及砂浆的早期塑性裂缝。
　　2 试验研究方法
　　2.1 试件尺寸
　　为使试验结果具有可比性，聚丙烯纤维砂浆塑性收缩性试验方法参照美国Wilrick工程[1]与检测公司和广州市住宅建设发展有限公司的试验方法[2]。
　　试件尺寸为450mm×300mm×20mm。
　　2.2 试验方法
　　在砂浆中分别掺入聚丙烯纤维的长度为3mm、6mm、10mm、15mm的四种、每种纤维掺量为0.5 kg/m3和1kg/m3、以及不掺纤维的基准试件。为了让砂浆尽快失水产生裂缝，每个试件浇注完毕，将试件移至室外暴露24h，室外相对湿度46%，温度为23℃。
　　试验过程中，连续观察裂缝开展情况，每条裂缝自出现时起间隔1h、2h、24h测试其宽度和长度。裂缝以肉眼可见缝为准。用钢尺测量长度，近似取裂缝两端直线距离为裂缝长度，当裂缝出现明显的弯折时，以折线长度之和代表裂缝长度。用读数显微镜分度值为0.005mm)观测裂缝的宽度，取裂缝中点附近的宽度代表裂缝的最大宽度。
　　2.3 试验用材料
　　水泥：选用祁连山牌32.5 P·O，其各项力学性能符合标准要求;
　　砂：选用连续级配中砂,细度模数2. 80;
　　聚丙烯纤维：武汉天汇纤维材料有限公司生产的纤维,其性能指标见表1。
　　表1 聚丙烯纤维的物理性能指标

项目	密度 kg/m3 ）	抗拉强度 MPa）	纤维长度 mm）	纤维直径 旦尼尔）	弹性模量 MPa）	极限延伸率％）	泊松比 ℃）
指标值	0.91	560～700	4～50	15±2 g/9 000 m）	3 500	8	0.29～0.46

　　2.4 砂浆配比(见表2)

序号	纤维混凝土类型	纤维长度 mm）	纤维用量 kg/m3 ）	水泥：砂子	水灰比
1	0/0 基准）	－	－	1：3	0.5
2	3/0.5	3	0.5
3	3/1.0		1.0
4	6/0.5	6	0.5
5	6/1.0		1.0
6	10/0.5	10	0.5
7	10/1.0		1.0
8	15/0.5	15	0.5
9	15/1.0		1.0

　　表2 砂浆类型及配比
　　3 试验结果及分析
　　3.1 试验结果
　　试件暴露24h后，试验结果列于表3：

试验号	纤维质量掺量 kg/m3	纤维长度 mm	裂缝宽度 mm	裂缝长度 mm	裂缝面积 mm2
1	0	—	1.6	400	1019
			1.3	250
			0.5	108
2	0.5	3	1.1	250	602
			0.9	290
			0.6	110
3	1	3	0.8	220	395
			0.6	250
			0.2	345
4	0.5	6	1.0	290	563
			0.9	245
			0.4	130
5	1	6	0.6	240	348
			0.5	120
			0.3	480
6	0.5	10	0.5	390	273
			0.3	170
			0.2	135
7	1	10	0.3	240	76
			0.1	40
8	0.5	15	0.9	200	200
			0.5	40
9	1	15	0.05	250	13

　　表3 聚丙烯纤维砂浆塑性收缩性试验
　　3.2 结果分析
　　结果分析下图1图2及表4：

裂缝面积降低百分比/%	3mm	6mm	10mm	15mm
0.5kg/m3	40.9%	44.7%	73.2%	80.4%
1.0kg/m3	61.2%	65.8%	92.5%	98.7%

　　表4 聚丙烯纤维抑制砂浆塑性收缩的效果
　　由图1图2可知，当纤维掺量不变的情况下，随着纤维长度的增加，抑制砂浆塑性收缩造成的开裂越显著。由表4可知，当纤维长度不变的情况下，随着纤维掺量的增加，裂缝的产生越少。其中，当纤维长度为15mm，掺量为1.0kg/m3时，与不掺纤维的砂浆相比裂缝面积降低了98.7%。
　　4 结论
　　随着纤维长度及掺量的增加，砂浆开裂的宽度及面积明显减少。总之，无论是掺入何种长度和数量的纤维，都显著改善了砂浆(混凝土)材料的阻裂性能。
　　[参考文献]
　　[1]龚益,沈荣熹,李清海.杜拉纤维在土建工程中的应用[M].北京:机械工业出版社,2002.
　　[2]沈荣熹.纤维混凝土[M]. 北京:中国建筑工业出版社,1995.

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文章名称： 聚丙烯纤维砂浆早期抗裂性能的试验研究

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