聚丙烯纤维混凝土和砂浆的塑性收缩试验研究

　　聚丙烯纤维混凝土和砂浆的塑性收缩试验研究戴建国刘明2，黄承逵1（1.大连理工大学，辽宁沈阳116023；2沈阳建筑工程学院，辽宁沈阳110015）维对混凝土和砂浆早期塑性收缩性能的影响。试验结果表明，短切乱向分布的聚丙烯纤维掺入混凝土和砂浆后，可以减少混凝土和砂浆浇筑后的水分散失，并有效控制混凝土和砂浆早期塑性收缩裂缝的发生，是提高混凝土和砂浆耐久性的有效途径之一。

　　基金项目：国家自然科学基金项目（59大体积、大面积混凝土或砂浆在浇注后，表面在材料硬化前往往会失水收缩引起拉应力，因而产生不可恢复的塑性收缩裂缝，这是由于混凝土或砂浆表面水的蒸发速率超过内部水渗透到表面的速率，以及混凝土的早期抗拉强度达不到混凝土收缩所产生的应力造成的。实际施工中，混凝土或砂浆浇注后，暴露在低湿度大气中，首先出现浅层均裂，这种均裂可能从几厘米延伸到几米，而且还逐渐变深、变宽，造成构筑物在使用前就产生非结构性损坏，严重影响混凝土和砂浆的耐久性。特别是在桥面、机场、路面和港口工程中比较显著。

　　本文对聚丙烯纤维混凝土、砂浆的早期塑性收缩性能进行了试验研究和理论分析。目的在于研究不同含量、不同长度的聚丙烯纤维对混凝土和砂浆早期塑性收缩性能的影响。

　　1试验概况11试件设计对四种聚丙烯纤维体积分数（0. 0.2%）的混凝土和砂浆的66个试件进行实验并对不同长度（19mm，30mm）的聚丙烯纤维的影响作了对比，每一聚丙烯纤维混凝土和砂浆试件均有同条件下的素混凝土牙P砂浆试件进行对比试验。1.2试件制作试件采用的原材料为：中砂（含泥量质量分数在10%以下，不控制含泥量，主要是人为诱导裂缝的发生和开展）水泥（大连**水泥厂425普通硅酸盐水泥）、石子（*大粒径为20mm）、纤维（韩国“SuperStrong株氏会社生产的”Super Strong聚丙稀纤维）。混凝土的试验质量配合比：水泥/水/石子/砂=1/0.48/2.06/25；砂浆配合比：水泥/砂=1/1. 7.制作过程如下：7水于强制搅拌器中搅拌3min左右；加入水泥和剩余的水，搅拌3min以上，使混凝土或砂浆有充分塑性，以便纤维充分疏散；慢慢洒入纤维，纤维在洒入过程中不要沾附在搅拌容器壁上；洒入纤维后，搅拌器继续搅拌3 ~5min使纤维得以进一步疏散于基体中；搅拌后将拌和料入模，放在振动台上振动5min左右，等到试件表面出现薄薄一层水时，用抹刀来回沿一个方向抹平试件表面即可。

　　1.3试验方法试验时主要测定水分散失率、试件裂缝宽度、试件裂缝面积。试验设计了ParvizSoroushian等：1以及韩国汉城大学所采用的试验方法。试验模型如所示。

　　水分散失率：试验过程中，每隔3h左右测试一次水分散失情况。为了让混凝土和砂浆尽快失水产生裂缝，每个试件均采用了排风扇强制干燥，排风扇风量为15m3/min，在空气湿度为。

　　1由于所有试件不是在完全同，一的条件c下（进行PublismgHouse.Allrightsreserved.裂缝宽度、长度：试验过程中，连续观察裂缝开展情况，试件浇筑24h后用读数显微镜测试试件裂缝宽度、裂缝长度。裂缝宽度在0.上的点读3个数值，然后取其平均值。缝宽0.1mm以下的点读一个数值。

　　裂缝面积：依据实测的裂缝宽度、裂缝长度按下式计算裂缝面积：裂缝面积=2裂缝长度X平均裂缝宽度2试验结果及分析2.1裂缝分布试验中发现：**条裂缝在混凝土或砂浆浇注后1.5h左右产生，加入的聚丙烯纤维能稍延缓混凝土及砂浆的**条裂缝的产生。素混凝土、砂浆和纤维混凝土、砂浆的失水在试件浇注后约7h后基本恒定，失水速率较开始降低一个数量级，裂缝发展也基本稳定。纤维混凝土试件表面的塑性收缩裂缝是多发型的，分布广而细微；而素混凝土的裂缝比较宽，而且往往比较长。无论是纤维混凝土还是纤维砂浆，观察测得的裂缝宽度均比同条件下的素混凝土及砂浆要小得多。（a）和（b）分别为素砂浆和纤维砂浆的裂缝对比图片。

　　显然，聚丙烯纤维在低含量范围内即可有效控制混凝土和砂浆的塑性收缩裂缝的发生、降低裂缝宽度、减少裂缝面积以及控制裂缝产生后的进一步扩展。

　　2.2聚丙烯纤维含量对混凝土及砂浆的早期塑性收缩性能的影响试验，为客观比较，以每一组试件的素混凝土和砂浆的裂缝面积为基准，定义值为100%，以相同条件下纤维混凝土和砂浆试件的裂缝面积占其的百分比，作为衡量纤维对混凝土和砂浆均裂控制效果的指标。对于每个试件的*大裂缝宽度以及失水率对比，也是采取相同的方法。对比的结果见聚丙烯纤维含量对混凝土及砂浆的早期塑性收缩性能的影响1%（体积分数）的聚丙烯纤维时，收缩裂缝面积和*大缝宽均可降低40%左右，对砂浆裂缝面积的控制的效果更好，纤维体积含量在0. 1%时，早期塑性收缩裂缝面积可降低45%左右。

　　2.3聚丙稀纤维长度对混凝土和砂浆均裂性能的影响给出了聚丙烯纤维长度对混凝土和砂浆均裂性能的影响。对于混凝土试件，在聚丙烯纤维体积分数为0. 1%时，长30mm的纤维比长19mm的纤维的均裂控制更好些，但改善幅度仅为10%左右，对于砂浆试件中纤维长度对均裂效果影响不明显。

　　―锟凝土*大缝宽砂浆裂缝面积纤维长度/聚丙烯纤维长度对混凝土和砂浆均裂性能的影响24混凝土和砂浆裂缝面积、宽度、失水速率和纤维体积率的关系。

　　聚丙烯纤维的加入改善了混凝土和砂浆的保水性能，减少了试件表面的水分蒸发率。聚丙烯纤维由于直径小、纤维长度较短、在混凝土中分散均匀，起到了象筛子一样的作用，抑制了混凝土和砂浆中的颗粒下沉，从而减少了混凝土和砂浆中水溢出而形成的毛细通道。混凝土和砂浆中这些毛细通道往往造成基体大量、快速失水，使混凝土和砂浆表面蒸发速度加快，加快了表面干燥进程而产生裂缝。聚丙烯纤维使水分蕴含于基体之中，延缓了裂缝的产生并控制裂缝的发展。本试验对不同纤维含量的混凝土和砂浆的水分蒸发率进行了测试。水分蒸发速率（假设自由水面蒸发速率为100%）和裂缝宽度、裂缝面积的关系如所示。

　　从可以看出：随纤维体积率的高，混凝土及砂浆的失水速率降低，塑性收缩裂缝的面积、*大缝宽也随之降低。

　　长30mm的聚丙烯纤维混凝土、砂浆的失水率比长19mm的聚丙烯纤维混凝土、砂浆分别降低了5%和10%左右。从而使长纤维比短纤维的抗裂效果好。

　　3结论shin（低含量范围的聚丙烯纤维能有效控制混net凝土及砂浆的早期塑性收缩裂缝。

　　聚丙烯纤维对混凝土和砂浆的裂缝控制*主要影响因素是纤维体积含量。0.1%体积分数的聚丙烯纤维可降低混凝土裂缝面积44%左右，降低砂浆裂缝面积约60%左右。

　　聚丙烯纤维的掺入导致了混凝土和砂浆塑性收缩裂缝宽度的降低。并且变裂缝形态为多发型细微裂缝。0. 1%体积分数的聚丙烯纤维可降低混凝土*大缝宽40%左右，降低砂浆*大缝宽约46%左右。

　　聚丙烯纤维加入混凝土和砂浆后能对混凝土和砂浆的表面蒸发有抑制作用，纤维体积分0.15%，0.2%时，表面水分蒸发速度分别降低了聚丙烯纤维长度对混凝土和砂浆的收缩裂缝面积和宽度有一定影响，在纤维体积分数为0.1 %时，长度为30mm的纤维比长度为19mm的纤维对混凝土和砂浆的塑性收缩性能略有改善，但不十分明显。