xinxin纤维对水泥基材料收缩开裂性能及物理力学性能影响

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1、纤维对水泥混凝土早期塑性开裂性能及抗冲击性能的影响　　　　　　　　施凤莲　　　　　　　　　　　　顾平苏州混凝土水泥制品研究院　　　江苏力威工程材料有限公司目前，水泥混凝土是建筑工程中用量最大，使用最广泛的建筑材料之一，　但水泥混凝土自身也存在早期易于产生塑性收缩裂缝、抗冲击强度低等缺陷。这一“先天”的缺陷对混凝土工程质量影响重大，尤其降低了水泥混凝土的抗冲、抗渗、抗冻等耐久性能，造成了水泥混凝土使用寿命大大缩短。为此许多国家的学者进行了这方面的研究和探讨，发现了在水泥混凝土中掺加纤维等方法是克服这一“先天”缺陷的

2、有效途径之一,并取得了良好的效果，在建筑工程上应用越来越广泛。笔者在江苏力威工程材料有限公司支持下开展了纤维对水泥混凝土的早期塑性收缩开裂和抗冲击强度影响的试验验证。一、试验原材料及试验配合比1．试验原材料试验所用水泥为强度等级为42.5的普硅水泥，细集料为细度模数为2.6的中砂，粗集料为（5-10）mm（早期塑性收缩开裂用）和（5-25）mm（抗冲击强度用）的连续级配碎石，拌和水为可饮用的自来水,所用纤维材料品种及性能参数见表1。表1纤维的物理力学性能纤维品种密度/(g•cm-3)直径/μm长度/mm弹性模量/

3、GPa抗拉强度/MPa延伸率/%LW改性纤维0.9132193.5400302．试验配合比早期塑性收缩开裂试验中，基准混凝土配合比为水泥：砂：石：水=1：0.75：0.75：0.50，纤维掺量按试件体积比计量加入；抗冲击强度试验中，基准混凝土配合比为水泥：砂：石：水=1：1.89：3.45：0.54，纤维掺量同样按试件体积比计量加入。4一、试验方法及依据1．早期塑性收缩开裂性能试验方法参照JC/T951-2005«水泥砂浆抗裂性能试验方法»。试验所用的模板尺寸为了便于混凝土浇注成型进行了调整，试件模板的高度调整为

4、35mm；另外模板内钢筋框架四角焊接的钢筋端头离模板底部的高度调整为12mm。其余试验步骤和评定与JC/T951-2005一样，但试验用的原材料和配合比根据试验要求进行了调整。　2．抗冲击强度试验方法参照GB/T15231-2008«玻璃纤维增强水泥性能试验方法»。考虑到该方法抗冲击强度对试样尺寸有一定的要求，又为了便于混凝土浇注成型，试件制备按以下方法进行：试件制作按GB/T50080、50081-2002进行，试件成型尺寸为（120×100×50）mm，成型面尺寸为（120×100）mm，成型3块；试件在标准

5、养护室养护28天后，用混凝土专用切割机在垂直于试件的成型面切取试样，在试件中间部位切取厚度为15mm的试样，每块试件取2块试样。抗冲击强度的试样尺寸为（120×50×15）mm，总共6块。试验步骤和评定与GB/T15231-2008一样。二、试验结果1．基准混凝土及纤维混凝土早期塑性收缩开裂试验结果示于表2：表2混凝土早期塑性收缩开裂试验结果混凝土种类纤维掺量（kg/m3）第一条裂缝出现的时间（min）权重值范围内的开裂指数（mm）开裂指数（mm）抗开裂性能比3＞d≥22＞d≥11＞d≥0.5d＜0.5基准混凝土

6、016040072066001850－掺纤维混凝土0.9280013560012846774.8%1.23400017039018390.1%0.6210056050052094049.2%2．基准混凝土及纤维混凝土抗冲击强度试验结果示于表3：4表3混凝土抗冲击强度试验结果混凝土种类纤维掺量/（kg/m3）抗冲击强度/（kJ/m2）基准混凝土05.7掺纤维混凝土0.98.31.29.90.66.8四、试验结果分析1、早期塑性收缩开裂性能：在水泥混凝土浇注后到硬化前的早期阶段内只有20%～25%拌合水参与了水泥的水

7、化反应，剩余的水分会发生蒸发和转移而产生收缩，这种收缩受到基底、模板和钢筋框架等不同程度的约束后在混凝土内部产生了拉应力。但此时的混凝土仍处于塑性阶段，尚未产生足够的抗拉强度以抵抗此拉应力，因此水泥混凝土不可避免地会产生不同程度的早期塑性收缩裂缝；环境的温度和混凝土自身的温度越高，环境的湿度越低，空气流动速度越大，导致水泥混凝土的内部水分蒸发和转移也越快，产生的早期塑性收缩裂缝也越严重。而掺入纤维后，单位体积内大量的纤维乱向均匀分布在水泥混凝土中，犹如在水泥混凝土中布置了大量的微细筋，形成了密集的三维乱向支撑体系

8、，起到了牵制约束作用，水泥混凝土早期塑性收缩裂缝的产生过程中必须遭遇纤维的阻挡，并且消耗了能量，裂缝的产生和发展受到了一定的阻力。从测试结果（表2）可看出：纤维的加入延缓了第一条裂缝出现的时间，随着纤维含量的增加可使第一条裂缝出现的时间更加延迟。另一方面，当产生的裂缝进一步发展遇到纤维时，纤维可以部分或全部抵消裂缝尖端形成的应力，阻止了裂缝的进一步发展。从测试结果（表2）