混雜纖維活性粉末混凝土耐高溫性能研究

高衛(wèi)平

(新疆希爾路橋工程有限公司，新疆　烏魯木齊　830011)

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混雜纖維活性粉末混凝土耐高溫性能研究

高衛(wèi)平

(新疆希爾路橋工程有限公司，新疆烏魯木齊830011)

高衛(wèi)平(1973—)，工程師，主要從事路橋工程施工及管理工作。

摘要：為了研究鋼纖維、聚丙烯纖維混雜對活性粉末混凝土耐高溫性能的影響，文章通過試驗研究了鋼纖維和聚丙烯纖維單摻、混雜對混凝土經(jīng)受高溫后的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：單摻兩種纖維時，混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都隨溫度的升高表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢；鋼纖維能顯著提高混凝土經(jīng)受高溫后的強(qiáng)度，且摻量越多提高幅度越大，而聚丙烯纖維只是在溫度高于200℃時才對活性粉末混凝土的耐高溫性能有改善作用；纖維混雜顯著提高了混凝土的耐高溫性能，鋼纖維對經(jīng)受高溫后的抗折強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的改善效果遠(yuǎn)大于聚丙烯纖維。

關(guān)鍵詞：活性粉末混凝土；鋼纖維；聚丙烯纖維；纖維混雜；耐高溫性能；抗壓強(qiáng)度；抗折強(qiáng)度

0引言

活性粉末混凝土是由石英粉、水泥、硅灰和高效減水劑等材料混合后，采用適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)工藝制成的一種超高性能水泥基復(fù)合材料[1-2]。由于其自身的優(yōu)勢，活性粉煤混凝土的使用范圍越來越廣，被應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)的范例越來越多[3-4]。但是，一旦發(fā)生火災(zāi)，由于活性粉末混凝土密實度更大、強(qiáng)度更高[5-6]，在高溫下發(fā)生破壞的可能性更大，因此對人民生命財產(chǎn)安全造成的威脅也更大。目前國內(nèi)學(xué)者對活性粉末混凝土的研究主要集中于力學(xué)性能和耐久性方面。對活性粉末混凝土的高溫抗爆裂性能研究較少。本文通過試驗研究了鋼纖維和聚丙烯單摻、混摻對活性粉末混凝土經(jīng)受高溫后抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響，為進(jìn)一步研究活性粉末混凝土的性能提供新的參考。

1原材料

水泥選用陜西秦嶺有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5水泥，其物理力學(xué)性能見表1；礦物外摻料分別為硅灰和礦渣粉，兩者的比表面積分別為20 890 m2/kg和4 750 cm2/g，其化學(xué)組成見表2；石英砂粒徑范圍為0.16～1.25 mm；鋼纖維采用鋼絲，聚丙烯纖維為長堅聚丙烯纖維；減水劑選用高效聚羧酸系減水劑?；炷僚浜媳热绫?所示。進(jìn)行高溫試驗時，先將試件放入溫度為90 ℃的混凝土加速養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)3 d，再在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)60 d，等其晾干后放入可調(diào)溫的高溫加熱箱中進(jìn)行加熱，加熱至規(guī)定溫度后將試件取出，自然冷卻至室溫后再進(jìn)行強(qiáng)度測試。

表1　水泥的物理力學(xué)性能表

表2　礦物外摻料的化學(xué)組成(%)數(shù)值表

表3　混凝土配合比(kg/m3)數(shù)值表

2鋼纖維和聚丙烯纖維單摻時混凝土耐高溫性能

要研究兩種纖維混摻時活性粉末混凝土的耐高溫性能，必須先研究兩種纖維單摻時對混凝土耐高溫性能的影響，以便初步確定兩種纖維混摻時的相對比例。分別控制鋼纖維摻量為0%、1%、2%和3%，聚丙烯纖維摻量為0.1%、0.2%和0.3%，測定經(jīng)受不同程度的高溫后兩種粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，試驗結(jié)果分別如圖1和圖2所示。

(a)鋼纖維活性粉末混凝土

(b)聚丙烯纖維活性粉末混凝土

從圖1可以看出，隨著溫度的升高，兩種活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度都出現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時混凝土的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)最大值，鋼纖維活性粉末混凝土和聚丙烯纖維活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值時對應(yīng)的溫度分別為400 ℃和300 ℃。解釋其原因為：由于活性粉末混凝土中富含硅灰、礦渣等活性摻和料，當(dāng)溫度區(qū)域較低時，隨著溫度的升高摻和料的活性逐漸增強(qiáng)，同時激發(fā)水泥的水化反應(yīng)和火山灰效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，從而使混凝土抗壓強(qiáng)度得到提高；而當(dāng)溫度超過一定值時，高溫造成的混凝土內(nèi)部損傷加劇，水泥凝膠體逐漸解體，與纖維之間的粘結(jié)力逐漸喪失，纖維的增強(qiáng)作用急劇減小，導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度大幅降低；當(dāng)溫度>200 ℃時，隨著兩種纖維摻量的增多，兩種活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸升高，其中，當(dāng)鋼纖維和聚丙烯纖維摻量分別達(dá)到2%和0.2%之后，再增加纖維摻量引起的抗壓強(qiáng)度的增長程度并不明顯。

(a)鋼纖維活性粉末混凝土

(b)聚丙烯纖維活性粉末混凝土

從圖2可以看出，兩種活性粉末混凝土抗折強(qiáng)度隨溫度變化的規(guī)律與抗壓強(qiáng)度相似，只是兩者到達(dá)最大值時對應(yīng)的溫度不同，鋼纖維活性粉末混凝土和聚丙烯纖維活性粉末混凝土抗折強(qiáng)度最大時對應(yīng)的溫度分別為200 ℃和300 ℃。鋼纖維的摻入能明顯改善混凝土高溫后的抗折強(qiáng)度，且摻量越多改善效果越好。這主要是因為鋼纖維具有良好的導(dǎo)熱性能，混凝土加熱時熱量通過鋼纖維傳導(dǎo)使混凝土以最快的速度達(dá)到內(nèi)外溫度的均勻和平衡，減小了溫度應(yīng)力，抑制了高溫下混凝土體積的變化，因此抗折強(qiáng)度提高。聚丙烯纖維的熔點為165 ℃，當(dāng)溫度低于其熔點時，聚丙烯纖維未熔化，而與混凝土基體相比，聚丙烯纖維模量較小，因此聚丙烯纖維摻量越大抗壓和抗折強(qiáng)度越??；而當(dāng)溫度>165 ℃時，聚丙烯纖維熔化，使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)大量的連通孔隙，高溫引起的蒸汽能快速排到混凝土外部，減小了高溫對混凝土的內(nèi)部損傷，因此PPF摻量越多，抗壓和抗折強(qiáng)度越大。

3混雜纖維活性粉末混凝土耐高溫性能

為了研究纖維混雜效應(yīng)對活性粉末混凝土耐高溫性能的影響，測定3%鋼纖維+0.1%聚丙烯纖維(A)、3%鋼纖維+0.2%聚丙烯纖維(B)和1%SF+0.2%聚丙烯纖維(C)三種混雜纖維混凝土經(jīng)受高溫后的強(qiáng)度，結(jié)果如表4所示。

表4　混雜纖維活性粉末混凝土的耐高溫性能表

從表4可以看出，纖維混雜后混凝土的抗壓強(qiáng)度隨溫度的升高表現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律，當(dāng)溫度為400 ℃時混雜纖維粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值。相同條件下，鋼纖維摻量越大抗壓強(qiáng)度越高。這是因為鋼纖維能抑制由高溫造成的混凝土內(nèi)部裂縫的擴(kuò)展，且摻量越多抑制效果越好。當(dāng)溫度<700 ℃時，聚丙烯纖維摻量越大抗壓強(qiáng)度越小，而當(dāng)溫度>700 ℃時，聚丙烯纖維摻量越大抗壓強(qiáng)度越大。這主要是因為，當(dāng)溫度<700 ℃時，雖然鋼纖維對抗壓強(qiáng)度有較大貢獻(xiàn)，但此時聚丙烯纖維熔化產(chǎn)生的缺陷嚴(yán)重影響了抗壓強(qiáng)度；而當(dāng)溫度>700 ℃時，高溫蒸汽急需排出混凝土外部，此時聚丙烯纖維對混凝土高溫?fù)p傷的改善起主導(dǎo)作用，因此聚丙烯纖維摻量越大抗壓強(qiáng)度越大。

三種混雜纖維混凝土的抗折強(qiáng)度和隨著溫度的升高逐漸降低，當(dāng)聚丙烯纖維摻量都為0.2%，且SF摻量由1%提高至3%時，高溫后混凝土的抗折強(qiáng)度大幅提高，表明鋼纖維對活性粉末混凝土高溫后的抗折強(qiáng)度具有顯著的影響。當(dāng)鋼纖維摻量一定時，聚丙烯纖維對抗折強(qiáng)度的影響很小，只有在溫度達(dá)到500 ℃以后才會對其有改善作用。

4結(jié)語

(1)纖維單摻時，隨著溫度的升高活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都表現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律，當(dāng)溫度分別為400 ℃和300 ℃時，鋼纖維活性粉煤混凝土和聚丙烯纖維活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度有最大值，抗折強(qiáng)度最大時對應(yīng)的溫度分別為200 ℃和300 ℃。

(2)鋼纖維能明顯提高活性粉末混凝土高溫后的強(qiáng)度，顯著抑制活性粉末混凝土的高溫爆裂，且摻量越大抑制效果越好；而聚丙烯纖維只是在溫度>200 ℃時，對混凝土的耐高溫性能有改善作用，當(dāng)溫度<200 ℃時，反而對高溫后的強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

(3)隨著溫度的升高，混雜纖維活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，而抗折強(qiáng)度逐漸降低；鋼纖維對活性粉末混凝土高溫后的抗折強(qiáng)度具有顯著的影響，而聚丙烯纖維對抗折強(qiáng)度的影響較小。

參考文獻(xiàn)

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Research on High-temperature Resistance Performance of Hybrid-fiber Reactive Powder Concrete

GAO Wei-ping

(Xinjiang Xi’er Road and Bridge Engineering Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang，830011)

Abstract：In order to study the effect of steel fiber and polypropylene fiber hybrid on the high-temperature resistance performance of reactive powder concrete，this article，through the experiments，studied the effect on the compressive strength and flexural strength of concrete after the high temperatures by the individual addition and hybrid mixing of steel fiber and polypropylene fiber.The results showed that：when individually adding these two fibers，the compressive strength and flexural strength of concrete exhibited the changing trend of first increase and then decrease with the increasing temperature；the steel fiber can significantly improve the strength of concrete after subjected to high temperatures，and the more addition content，the greater the increase rate，while the polypropylene fibers can improve the high-temperature resistance performance of reactive powder concrete only when the temperature is above 200 ℃；the fiber hybrid significantly improved the high temperature resistance performance of concrete，and the steel fiber had much greater improving effect on the tensile strength and flexural strength after subjected to high temperatures than polypropylene fibers.

Keywords：Reactive powder concrete；Steel fiber；Polypropylene fiber；Fiber hybrid；High-temperature resistance performance；Compressive strength；Flexural strength

收稿日期：2016-01-30

文章編號：1673-4874(2016)02-0013-04

中圖分類號：U415.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.02.003

作者簡介