聚丙烯膜裂纤维自密实混凝土力学参数及其相关关系

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1、第22卷3期2014年6月应用基础与工程科学学报JOUＲNALOFBASICSCIENCEANDENGINEEＲINGVol．22，No．3June2014文章编号:1005-0930(2014)03-0501-011中图分类号:TU528．572文献标识码:Adoi:10．3969/j．issn．1005-0930．2014．03．009聚丙烯膜裂纤维自密实混凝土力学参数及其相关关系何小兵，曹勇(重庆交通大学山区桥梁与隧道国家重点实验室培育基地，重庆400074)摘要:通过试验研究了聚丙烯(PP)膜裂纤维体积率和长度对自密实

2、混凝土力学性能(强度、弹性模量和断裂韧性)的影响，结合扫描电镜微观结构分析、Binham流变理论以及断裂力学基本原理分析了纤维对自密实混凝土的工作性和力学性能的影响机理．当PP膜裂纤维的体积率在0．05%—0．15%之间变化，长度在12—15mm时，结果表明，PP膜裂纤维自密实混凝土抗压强度随纤维体积率增加变化不明显，弯拉强度、劈拉强度、弯拉弹性和断裂韧性随纤维体积率增加而逐步增加，抗压弹性模量随纤维体积率增加而减少;PP膜裂纤维自密实混凝土的轴心抗压强度、弯拉强度以及劈拉强度与立方体抗压强度之比分别在0．70—0．73、0．14

3、—0．17和0．08—0．09范围内，轴心抗压强度与立方体抗压强度比值较普通自密实混凝土对比组略有降低，但弯拉强度、劈拉强度与立方体抗压强度之比分别提高17%—42%和14%—29%．当PP膜裂纤维体积率超过0．15%或长度超过15mm，PP膜裂纤维自密实混凝土的强度、弯拉弹性模量及断裂韧性随纤维体积率增加开始出现不同程度的降低．关键词:自密实混凝土;聚丙烯膜裂纤维;工作性;强度;断裂韧性纤维自密实混凝土(FiberＲeinforcedSelf-CompactingConcrete)是一种仅依靠自身重力作用填充模板而达到密实的免振

4、捣环境友好型高性能混凝土［1-3］．Shah［4］指出，自密实混凝土在全世界范围内改变了混凝土结构的建造方式，纤维自密实混凝土已成为混凝土技术和科学发展的前沿之一．聚丙烯(PP)纤维是水泥基材料改性中应用最为广泛的一种纤维，分为单丝纤维和膜裂纤维两种类型．PP单丝纤维自密实混凝土较刚性纤维自密实有更好的工作性［5-6］;PP单丝纤维可以显著改善自密实混凝土的早期收缩性能和抗裂性能［7-8］，提高自密实混凝土的拉伸强度(弯拉强度和劈裂强度)［5，9-10］、断裂能［11-12］和抗冲击性能［13］，改善了材料的高、低温性能和抗水渗透

5、能力［3，14-16］．PP膜裂纤维(图1)是PP纤维经过成网、短切等工艺加工而成的收稿日期:2013-08-21;修订日期:2014-02-22基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2012CB723305);重庆市基础与前沿研究计划项目(cstc2013jcyjA30011);交通土建工程材料国家地方联合工程实验室开放基金资助项目(LHSYS-2012-002)作者简介:何小兵(1978—)，男，副教授，硕士生导师．E-mail:david．hxb@gmail．com502应用基础与工程科学学报Vol．22由多根单

6、丝纤维交联而成的膜裂纤维，在混凝土中能形成两头带钩且相互交联的三维立体单丝纤维网，增强与混凝土的黏结能力，改善混凝土的变形能力，提高混凝土的抗裂、抗冲击及抗疲劳等性能，是一种高效水泥基改性材料［17］．笔者前期对不同体积率的PP膜裂纤维自密实混凝土的工作性、强度等特性进行了初步研究［18］，表明其力学性能优良．图1PP膜裂纤维Fig．1Fibrillatedpolypropylenefiber因此，在前期研究基础上，本文对不同纤维体积率和纤维长度的PP膜裂纤维自密实混凝土工作性和力学性质(强度、弹性模量、断裂韧性)进行了较系统的试

7、验研究，并结合扫描电镜微观结构分析、Binham流变理论以及断裂力学方法分析了其工作性、力学性能的变化机理．1试验1．1原材料胶凝材料为普通硅酸盐水泥(表1)和Ⅰ级粉煤灰(表2);粗集料为5—20mm的石灰石，细集料为细度模数为2．71的河砂(表3);纤维为12、15和19mm长的改性聚丙烯膜裂纤维(表4);减水剂为27%固含量的聚羧酸基减水剂［3，8，12-13］．表1普通硅酸盐水泥技术指标Table1Technicalparametersofordinaryportlandcement筛余量凝结时间/(h:min)3d强度

8、/MPa(80μm筛)/%初凝终凝抗压弯拉3．62∶514∶1519．33．7安定性合格表2粉煤灰技术指标Table2Technicalparametersoffly-ash筛余量(45μm筛)/%表观密度/(g/cm3)含水量/%烧失量/%需水