碳纤维对高强高性能混凝土性能的影响.pdf

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1、碳纤维对高强高性能混凝土性能的影响樊俊江，於林锋(上海市建筑科学研究院，上海200032)摘要：研究了碳纤维对C80高强高性能混凝土工作性能、力学性能和早期抗裂性能的影响，并对比了不同纤维对混凝土抗压强度的影响。结果表明：碳纤维掺量过大会显著增加高强高性能混凝土的减水剂用量并降低拌合物性能．其最大体积掺量不宜超过0．2％。钢纤维能在一定程度上提高高强高性能混凝土的抗压强度，而碳纤维、玄武岩纤维等短切纤维对混凝土的抗压强度没有显著影响。碳纤维可以有效抑制高强高性能混凝土的塑性开裂，早期抗裂等级最高可以达到V级。关键词：碳纤维；工作性能；抗压强度；抗裂性能中

2、图分类号：TU528文献标志码：A文章编号：1672—4011(2016)04—0019—02DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2016．04．0100前言碳纤维是一种含碳量95％以上的高强度、高模量新型纤维材料，具有密度低、无蠕变、非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好等优点¨1。碳纤维用作混凝土增强材料与传统的玄武岩纤维、钢纤维、合成纤维相比，不存在耐酸、耐碱或辐照老化问题，适用于对混凝土耐久性能有较高要求的海工混凝土、核电混凝土等领域。高强高性能混凝土本身已经具有较好的工作性能、力学性能和耐久性能，掺加碳纤维可以进一步提升其早期抗

3、裂性能，从而使混凝土具有更好的综合性能。本文研究了短切碳纤维对高强高性能混凝土工作性能、力学性能和早期抗裂性能的影响，并与其他种类的纤维进行对比，以期为碳纤维在高强高性能混凝土中的应用提供参考。1原材料及试验方法1．1试验原材料水泥：上海海螺水泥有限公司生产的PI／52．5水泥；细集料：中砂，细度模数为2．8；粗集料：5—20mm连续级配碎石，压碎指标10．1％；外加剂：高效聚羧酸减水剂，减水率25％；碳纤维：长度20mm，主要性能指标见表l。表1碳纤维主要性能指标单丝直径抗拉强度拉伸模量断裂延伸率密度[些竺￡生!!￡壁!!￡丝!(g：!里：：1703．

4、8220～2401．51．6～1．761．2配合比本文研究所选取的高强高性能混凝土基准配比强度等级为C80，通过掺矿粉、粉煤灰和硅灰以提高混凝土的力作者简介：樊俊江(1988一)，男，江苏海门人，硕士研究生，助理工程师，主要研究方向：固废资源化利用及高性能混凝土。基金项目：上海市科委项目(14DZl202300)学性能和耐久性能，28d龄期基准混凝土实测抗压强度85MPa、电通量236C、氯离子扩散系数0．8×10。12in2／s、渗水高度<5mm。碳纤维、玄武岩纤维和钢纤维掺量以体积百分比计算，减水剂掺量根据混凝土目标坍落度确定，制备纤维混凝土时通过将

5、纤维与干料预搅拌使纤维均匀分散¨1。配合比见表2。表2高强高性能混凝土配合比kg·m。水泥矿粉粉煤灰硅灰中砂碎石水35075502566311301502试验结果与分析2．1不同碳纤维掺量下混凝土的工作性能以碳纤维为增强纤维配制高强高性能混凝土，调整碳纤维的体积掺量为0、0．05％、0．1％、0．2％、0．3％、0．4％，研究保持相同坍落度条件下，不同碳纤维掺量对混凝土单方用水量和减水剂掺量的影响。所配制混凝土的目标坍落度控制为(80±10)mm，具体试验结果见图1。零蛔啦曩*鳆图1混凝土单位用水量和减水剂用量随碳纤维掺量的变化1)随着碳纤维体积掺量的增

6、加，混凝土达到目标坍落度所需的减水剂掺量也相应增加。在不掺碳纤维时，减水剂的用量仅为胶凝材料的0．5％，而当碳纤维体积掺量达到0．4％时，减水剂的用量高达1．4％。2)当碳纤维体积掺量低于0．2％时，随着碳纤维体积掺量的增加，可以不增加混凝土单方用水量而仅通过增加减水剂用量来使混凝土达到设计坍落度。在此掺量范围内，碳纤维在混凝土中能够均匀分散。3)当碳纤维体积掺量超过0．2％时，碳纤维不易分散均匀，混凝土易发生团聚，必须同时增加混凝土单方用水量和减水剂用量才能保证混凝土达到目标坍落度。由于单方用水量过大和过度使用减水剂，碳纤维混凝土出现明显的泌水、离析现

7、象，混凝土和易性变差。出现上述现象主要是因为碳纤维掺量越多，单位体积内碳纤维的根数及比表面积增大，包裹纤维表面的水泥浆数量增多，当水泥浆体量一定时，纤维对浆体流动造成了较大的阻力，从而使混凝土流动性下降”J。从试验结果看，·19·高强高性能混凝土中碳纤维的体积掺量不宜超过0．2％。2．2碳纤维对混凝土抗压强度的影响研究了碳纤维体积掺量变化(0、0．05％、l％、1．5％、2％)，不同种类纤维(0．2％玄武岩纤维、0．2％聚丙烯纤维、0．2％钢纤维、0．5％钢纤维、1．O％钢纤维)对高强高性能混凝土抗压强度的影响，试验结果如表3—4所示。表3碳纤维掺量变化

8、对混凝土抗压强度的影响碳纤维掺量／％00．050．10．150．2抗压强度／MP