合成纤维对不同强度混凝土塑性开裂性能的影响.pdf

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1、2Q!垒生筮!塑【璺篁!!Q翅1婆亘建挝瘗周研塞合成纤维对不同强度混凝土塑性开裂性能的影响■姚权，施靖雨，李长风一江苏省建筑科学研究院有限公司。江苏南京210008摘要：在混凝土中掺人适量的合成纤维可明显提高其抗拉强度、韧性和阻裂性寸信息见文献。F。能等。以两种强度的混凝土为基体，系统研究了合成纤维种类和长度对混凝土塑性开裂性能的影响规律。结果表明，掺入合成纤维可明显提升混凝土的抗塑性开裂能力，其中PVA纤维与PAN纤维效果相当，PP纤维略差；混凝土强度增加，合成纤维的抗裂性能提高；合成纤维长度是影响混凝土抗裂性能的关键因素，受纤维分散性的影响

2、，并非越长越好。关键词：合成纤维混凝土塑性开裂裂缝宽度引言纤维混凝土是以混凝土为基材，以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料，均布分布于混凝土中形成的一种复合材料⋯。加入纤维增强材料后，可极大的提高混凝土的韧性和抗开裂性能。纤维的种类很多，如钢纤维、合成纤维、天然纤维等，其中合成纤维由于其价格适宜，掺量较低，且施工方便，被广泛应用于广场、机场等大面积混凝土工程中。国内外对合成纤维开展了多方面的研究，如力学性能、收缩变形性能、抗渗性能等r2‘5J，但合成纤维改善混凝土性能的效果并无统一且明确的定论。可以认为，合成纤维对混凝土性能的改善效果更主要

3、取决于基体混凝土性能的影响。本研究以明晰合成纤维对混凝土的阻裂作用为目标，设计两种强度的混凝土，开展合成纤维种类和长度对混凝土塑性开裂的影响研究，为合成纤维的实际应用提供数据支撑。1原材料及配合比1．1原材料水泥为江南一小野田水泥有限公司生产的P·Ⅱ52．5硅酸盐水泥；采用江南$95级磨细矿粉；细骨料采用河沙，细度模数为2．6，级配合格；粗骨料采用江苏句容玄武岩碎石，5～20ram连续级配；采用江苏博特新材料有限公司生产的合成纤维(PVA纤维、PP纤维和PAN纤维)、萘系高效减水剂(JM—A)和聚羧酸系高性能减水剂(PCAI)。水泥和磨细矿粉的

4、化学组成见表1，合成纤维具体性能技术指标见表2。表l水泥和磨细矿粉的化学组成(％)化学组成CaOM90Fe203A1203Si02S03I一0s8水泥64．211．553．944．2919．893．252．3l磨细矿粉31．495．311．5420．3136．502．5I表2纤维的性能技术指标纤维纤维长度纤维直径密度抗拉强度杨氏模量断裂伸长种类形状／mm／g／cm3／MPa／GPa搴／％PVA单丝12141．30112028．77．8PP单丝1239．40．9l4324．0628．9PAN单丝1215．11．187157．4823．61．2配合

5、比众多研究表明，混凝土的开裂主要是由砂浆的收缩引起，因此本文选择砂浆作为合成纤维抗裂效果评价的基体。表3M30和M80基准砂浆的配合比(kg／m3)编号水泥硅灰矿渣砂水减水剂M30720809603205．6(JM—A)M805108525510202307．65(PCAI)2试验方法塑性开裂试验方法主要借鉴Soroushian和Kraai分别提出的有关砂浆及混凝土塑性开裂的测试方法及国家建筑材料行业标准《水泥砂浆抗裂性能试验方法》，设计一套砂浆塑性开裂试验模具，具体形状及尺3试验数据及结果分析31纤维种类的影响选取PVA纤维、PP纤维和PAN

6、纤维等三种合成纤维，纤维体积掺量均为0．10％，研究纤维种类对塑性开裂的影响。纤维种类对砂浆初裂时间的影响如图2所示；纤维种类对M30和M80裂缝宽度的影响如图3所示。由图2可以看出，无论是M30还是M80基体，掺人纤维均会延迟基体的初裂时间，PAN纤维在M80基体中阻裂效果最佳，未开裂。由图3可以看出，M30基体中，PVA纤维、PP纤维、PAN纤维对裂缝宽度的降低幅度分别为42．0％、36．4％、46．9％；M80基体中，降低幅度分别为85．4％、51．8％、100．0％。PAN纤维的抗裂效果最好，其次分别为PVA纤维、PP纤维；纤维对M80

7、基体的阻裂效果优于M30基体。从M30转到M80基体中，PVA纤维和PAN纤维的抗裂效果均有明显的提升，提高幅度达100％以上，这是因为随着基体强度的增加，纤维与基体的界面粘结性能提高，阻止裂缝扩展的能力增强，且PVA纤维和PAN纤维的力学性能较为优异(见表2)；而PP纤维的抗裂性能提高幅度仅为42．3％，这是因为PP纤维呈疏水性，与基体之间的界面粘结力不如具有亲水性的PVA纤维，且力学性能相对较差，桥接性能较差。Fibertype图2纤维种类对初裂时间的影响图3纤维种类对裂缝宽度的影响3．2纤维长度的影响比较了PVA纤维长度对基体塑性开裂性能

8、的影响，纤维长度分别为6ram、12mm和19ram。PVA纤维长度对基体初裂时间影响见图4；PVA纤维长度对M30和M80基体裂缝宽度的影响见图5。