聚丙烯纖維長(zhǎng)度和摻量對(duì)混凝土耐久性影響試驗(yàn)研究

汪華莉

（瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院，四川 瀘州 646000）

0 引言

高性能混凝土既能夠保證建筑力學(xué)等性能要求，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)材等環(huán)保要求。因此高性能混凝土的研發(fā)是綠色建筑的重要研究熱點(diǎn)之一。楊濤[1]分析了原材料的技術(shù)參數(shù)對(duì)高強(qiáng)混凝土的影響規(guī)律。目前從施工、設(shè)計(jì)和基本材料等方面得出了高性能混凝土的最佳配合比方案，在混凝土中摻入活性纖維材料也成為當(dāng)下研究高性能混凝土的手段之一。馬士賓等[2]研究了聚丙烯纖維摻量對(duì)高性能混凝土工作性、力學(xué)性能和抗沖擊性能的影響。楊力輝等[3]提出了聚丙烯纖維自燃煤矸石輕骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法。徐禮華等[4]通過(guò)單軸循環(huán)加載試驗(yàn)，研究了聚丙烯纖維混凝土的力學(xué)行為。姚秀鵬等[5]的研究得出，在高溫環(huán)境下聚丙烯纖維的摻量及長(zhǎng)度對(duì)混凝土的表觀(guān)密度和孔隙率無(wú)明顯影響。周興宇等[6]研究了多尺度聚丙烯纖維混凝土的力學(xué)性能，破壞后的外貌形態(tài)以及損傷演化過(guò)程的差異。林海威等[7]探究了聚丙烯纖維類(lèi)型對(duì)透水混凝土抗拉性能的改善作用。在混凝土中摻入纖維材料能有效提高混凝土的力學(xué)性能、工作性能和耐久性能。本試驗(yàn)研究了聚丙烯纖維摻量和長(zhǎng)度對(duì)混凝土坍落度、抗壓強(qiáng)度和抗氯離子侵蝕性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：P·O42.5水泥，鄭州市建文特材科技有限公司，主要化學(xué)成分見(jiàn)表1；磷渣：寧波鼎創(chuàng)新材料有限公司生產(chǎn)，粒徑約為3 mm，密度2.84 g/cm3；骨料：青州市雙盈環(huán)保設(shè)備有限公司生產(chǎn)，粗骨料為5~15 mm碎石，細(xì)骨料為機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)2.7；聚丙烯纖維：石家莊豐瑞建筑材料有限公司，長(zhǎng)度分別為11、13、16、20、24 mm，抗拉強(qiáng)度518 MPa，密度0.84 g/cm3；水：自來(lái)水。

表1 水泥的主要化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土基準(zhǔn)配合比（kg/m3）為：m（水泥）∶m（機(jī)制砂）∶m（磷渣）∶m（碎石）∶m（水）=230∶297∶26∶662∶90?？刂凭郾├w維長(zhǎng)度為16 mm，研究聚丙烯纖維體積摻量分別為0、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%時(shí)對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能測(cè)試影響；控制聚丙烯纖維摻量為1.0%，研究聚丙烯纖維長(zhǎng)度分別為11、13、16、20、24 mm時(shí)對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能的影響。

混凝土拌合物坍落度參照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；混凝土抗壓強(qiáng)度參照GB/T 50081—2019《混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；氯離子滲透深度參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。

試驗(yàn)儀器設(shè)備：德卡精密量?jī)x（深圳）有限公司生產(chǎn)的坍落度測(cè)試儀、長(zhǎng)春新特試驗(yàn)機(jī)有限公司生產(chǎn)的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、北京京晶科技有限公司生產(chǎn)的氯離子滲透儀、蘇州沃弗本精密機(jī)械有限公司生產(chǎn)的掃描電鏡。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 聚丙烯纖維摻量對(duì)混凝土性能的影響（見(jiàn)表2）

表2 聚丙烯纖維摻量對(duì)混凝土性能的影響

由表2可見(jiàn)：

（1）隨著聚丙烯纖維摻量的增加，混凝土的坍落度逐漸減小，聚丙烯纖維摻量為1.0%、2.0%的混凝土坍落度較未摻聚丙烯纖維的基準(zhǔn)組分別減小了9.5%、11.9%。這是因?yàn)?，聚丙烯纖維能夠填充混凝土的內(nèi)部空隙，提高混凝土的密實(shí)度，從而減小混凝土的坍落度；但當(dāng)聚丙烯纖維摻量過(guò)多時(shí)，混凝土的空隙已填滿(mǎn)，纖維對(duì)混凝土的坍落度不會(huì)產(chǎn)生明顯的改變，坍落度的減小幅度變緩。

（2）隨著聚丙烯纖維摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度先提高后降低，聚丙烯纖維摻量為1.0%時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度最高，較基準(zhǔn)組提高了12.9%。這是因?yàn)?，聚丙烯纖維能夠填充混凝土的內(nèi)部空隙，提高混凝土的密實(shí)度，從而提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。但當(dāng)過(guò)量的聚丙烯纖維摻入混凝土中時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度則會(huì)出現(xiàn)下降規(guī)律。這是因?yàn)槔w維摻量過(guò)多時(shí)，包裹纖維的水泥漿含量相對(duì)變少，出現(xiàn)薄弱界面，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低。

（3）隨著聚丙烯纖維摻量的增加，混凝土的氯離子滲透深度先減小后增大，聚丙烯纖維摻量為1.0%時(shí)混凝土的氯離子滲透深度最小，較基準(zhǔn)組減小了20.8%。

（4）綜合坍落度、抗壓強(qiáng)度和氯離子滲透深度，本試驗(yàn)中聚丙烯纖維的最佳摻量為1.0%。

2.2 聚丙烯纖維長(zhǎng)度對(duì)混凝土性能的影響（見(jiàn)表3）

表3 聚丙烯纖維長(zhǎng)度對(duì)混凝土性能的影響

由表3可見(jiàn)：

（1）隨著聚丙烯纖維長(zhǎng)度的增加，混凝土的坍落度逐漸增大。這是因?yàn)?，纖維的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其分散性越差，導(dǎo)致混凝土的坍落度增大。對(duì)比表2可知，摻入1.0%、長(zhǎng)度為24 mm聚丙烯纖維時(shí)，其對(duì)混凝土坍落度的影響等同于摻入0.5%、長(zhǎng)度為16 mm的聚丙烯纖維。

（2）隨著聚丙烯纖維長(zhǎng)度的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低、氯離子滲透深度逐漸增大。這是因?yàn)?，?dāng)纖維長(zhǎng)度逐漸增大時(shí)，較長(zhǎng)的纖維不能完全填充混凝土的內(nèi)部孔隙，從而降低混凝土的密實(shí)度，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低、氯離子滲透深度增大。對(duì)比表2可知，摻入1.0%、長(zhǎng)度為24 mm聚丙烯纖維時(shí)，其對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和氯離子滲透深度的影響等同于摻入0.5%、長(zhǎng)度為16 mm的聚丙烯纖維。

（3）綜合坍落度、抗壓強(qiáng)度和氯離子滲透深度，本試驗(yàn)中聚丙烯纖維的長(zhǎng)度應(yīng)小于16 mm。

2.3 微觀(guān)分析

對(duì)水化28 d基準(zhǔn)混凝土、摻1.0%聚丙烯纖維（纖維長(zhǎng)度分別為16、20 mm）的混凝土進(jìn)行微觀(guān)分析，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 基準(zhǔn)混凝土與聚丙烯纖維混凝土的SEM照片

由圖1可見(jiàn)，水化28 d后，相比于聚丙烯纖維混凝土，基準(zhǔn)混凝土的微觀(guān)結(jié)構(gòu)松散，孔洞較多，孔隙率較大；對(duì)比2種不同纖維長(zhǎng)度的聚丙烯纖維混凝土可以看出，隨著纖維長(zhǎng)度的增加，混凝土的微觀(guān)結(jié)構(gòu)分散不均勻也逐漸增加，部分纖維會(huì)凝聚在一起。

3 結(jié)論

（1）隨著聚丙烯纖維摻量的增加，混凝土的坍落度逐漸減小，抗壓強(qiáng)度先提高后降低，氯離子滲透深度先減小后增大。聚丙烯纖維摻量為1.0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最高，氯離子滲透深度最小，抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組提高了12.9%、氯離子滲透深度較基準(zhǔn)組減小了20.8%。

（2）隨著聚丙烯纖維長(zhǎng)度的增加，混凝土的坍落度和氯離子滲透深度逐漸增大，抗壓強(qiáng)度逐漸降低。摻入1.0%、長(zhǎng)度為24 mm聚丙烯纖維時(shí)，其對(duì)混凝土坍落度、抗壓強(qiáng)度和抗氯離子性能的影響相當(dāng)于摻入0.5%、長(zhǎng)度為16 mm的聚丙烯纖維。

（3）綜合混凝土的坍落度、抗壓強(qiáng)度和氯離子滲透深度可知，聚丙烯纖維的最佳摻量為1.0%，長(zhǎng)度應(yīng)小于16 mm。