聚丙烯纤维混凝土早期开裂敏感性的研究_李红君

聚丙烯纤维混凝土早期开裂敏感性的研究

李红君

1,2

,屠柳青

1,2

,秦明强

1,2

,李进辉

1,2

(1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,武汉430071;2.长大桥梁建设施工技术

交通行业重点实验室,武汉430071)

摘　要:　针对荆岳长江公路大桥塔座及下塔柱对混凝土抗开裂性能的要求,采用温度应力试验机研究了聚丙烯纤维对混凝土早期开裂敏感性的影响,并对其温度应力的发展过程进行分析。结果表明:聚丙烯纤维的掺入能较大地提高混凝土的抗拉强度,抑制混凝土的早期收缩,提高混凝土的抗裂能力,但其温度和应力的发展速率增大,对早期养护提出了严格要求。

关键词:　聚丙烯纤维;　混凝土;　温度应力机;　开裂

Research on Early Cracking Sensitivity of Polypropylene Fiber

Reinforced Concrete

LI Hong -jun

1,2

,T U Liu -qing

1,2

,QIN Ming -qiang

1,2

,LI Jin -hui

1,2

(CC Wuhan Harbour Engineering Design and Research Co ,Ltd ,Wuhan 430071,China ;2.Key Lab of Large -span

Bridge Construction Technology ,Ministry of Communications ,PRC ,Wuhan 430071,China )

Abstract :

　According to the anti -cracking requirements of pillar base and lower p y lon column of Jingyue Yangtze River Highway Bridge ,the influence of polyprop ylene fiber on early cracking sensitivity of rein forced concrete was studied by using temperature -stress test machine .And the development process of temperature and stress was also analyzed .The results indicated that the polypropylene fiber could greatly improved the tensile strength of concrete ,restrained earl y s hrinkage effectively and improved the anti -cracking ability .But its develop ment rate of temperature and stress increased rapidl y ,which proposed strict requirements of early curin g .

Key words :　polypropylene fiber ;　concrete ;　temperature -stress test machine ;　crackin g 针对荆岳长江公路大桥塔座及下塔柱结构部位和浇筑方量等影响因素,在配合比设计上引入聚丙烯纤维,以防止因承重及上下截面不同的部位更容易产生的施工裂缝。掺加聚丙烯纤维混凝土较普通混凝土具有更好承受荷载的能力,使混凝土的延性增强,能有效地减少混凝土干缩时所引起的微小裂缝。文献表明,以有效提高混凝土的抗裂能力为目的,国内外在大体积结构和防水结构中已广泛应用聚丙烯纤维作为外加材料

[1,2]

。其工作原理主要在

于控制水泥基本内部微裂纹的生成及发展,防止或阻碍结构性裂缝的生成,提高混凝土的变形能力,同时也提高了抗渗能力、抗冻能力,使得混凝土的耐久性大大增强

[3]

。已有的关于聚丙烯纤维对混凝土早

期开裂敏感性的影响研究,采用的开裂评价方法多为环约束法和平板法,且多集中于对收缩和徐变性能的影响,研究中只考虑了影响开裂敏感性的某一

因素或某些因素,没有考虑到多因素的耦合作用,缺乏系统性;而混凝土的早期开裂敏感性与混凝土的自身强度、内部应力、徐变松弛、弹性模量、收缩温度以及约束程度等密切相关,且这些因素是相互影响和作用的。针对上述问题,采用温度应力试验机研究聚丙烯纤维对混凝土早期开裂敏感性的影响,并对其温度应力的发展过程进行分析,以探明聚丙烯纤维对混凝土早期开裂行为的影响规律,为在工程中的应用提供理论支持和技术指导。

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1　试　验

1.1　原材料

原材料:1)水泥:华新低碱PO42.5水泥,标准稠度用水量26.4%;2)粉煤灰:汉川一级粉煤灰,需水量比95%;3)砂:巴河中粗砂,细度模数2.71;4)石子:两级配荆岳碎石,堆积密度1452kg m3,紧密堆积密度1651kg m3;5)外加剂:LN-SP;6)纤维:Dura 聚丙烯纤维,白色,束状丝,直径48μm,长度19mm,弹性模量3.8GPa,抗拉强度450MPa,延伸率18%,密度0.91g c m3。

1.2　方法

研究同配合比下掺加纤维对混凝土早期开裂的影响,通过温度应力试验机对混凝土的抗裂性能进行综合评价。

1.2.1　混凝土温度应力试验机

近年来,随着工程界对混凝土耐久性越来越重视,早期热裂缝已成为影响混凝土耐久性的焦点问题。传统的评价混凝土温度开裂的方法,如水泥的水化热和混凝土的绝热温升试验,事实上并不能作为比较不同原材料的品质、判断混凝土配合比可行性的有效方法。因为混凝土结构热开裂趋势的大小,取决于一系列因素,例如变形受到外界的约束程度、混凝土早龄期的抗裂性能等。因此模拟混凝土硬化早期的条件,包括本身的变形和外界的约束,评价其开裂敏感性,就显得十分重要。为此,德国慕尼黑大学的Springenschmid教授等人开发了开裂试验架和温度应力试验机[4,5],用于试验室模拟实际结构混凝土的抗裂性能,该试验方法同时考虑温度、约束、收缩和应力等多个关键因素的影响,因此可以较直观地了解和比较混凝土的抗裂性能。

温度应力试验机通过测量约束状态下混凝土梁的轴向变形和试件的应力来检测混凝土试件在不同条件下的开裂行为。它能够综合评价混凝土的抗裂性能,为混凝土配合设计、大体积混凝土的施工和规范制定提供可靠的依据,并为评价不同品种水泥、掺合料混凝土开裂敏感性及制定相应标准提供参考。此外试验数据能为理论模型提供必要的混凝土早期性能参数,从而能够对现有的理论模型进行检验并推动进一步发展和完善[6]。

试验采用清华大学研制开发的混凝土温度应力试验机进行混凝土早期热裂缝的研究。试验装置如图1所示。

1.2.2　试验条件

为了更好的了解混凝土开裂敏感性,

并分析各

图1　混凝土温度-应力试验机

不同混合材掺量和水胶比变化情况对混凝土开裂性能的影响,试验采用了较为严格的控制手段,具体表现为:

1)前期升温阶段,在混凝土温度稍显稳定后对测控点开始进行热补偿,并加快混凝土早期升温速度以尽快达到温峰,以避免试验时间过长导致混凝土自身抗拉能力提高而难以开裂。

2)实时跟踪至终凝阶段后增大对混凝土的约束程度,以较大程度的增大混凝土的内部应力积累速度。

3)温峰过后,在保证混凝土构件所处内部环境与外部环境热交换平稳的条件下,以较快速度进入降温阶段,且温度降至室温时开始对混凝土进行速降温处理,使混凝土内部收缩加剧,拉应力快速增长,从而导致混凝土构件开裂。

1.3　混凝土试验配合比

混凝土配合比见表1。

表1　混凝土配合比

编

号

水

泥

粉煤

灰

砂石纤维水

外加

剂

坍落

度mm 1385856661128-1554.935230 23858566611280.8Dura1554.935225 2　结果与讨论

2.1　力学试验

混凝土力学试验结果见表2。

表2　混凝土力学性能

编号

抗压强度MPa

7d28d

劈裂抗拉强度MPa

7d28d 150.967.03.864.34

257.076.84.705.02

从表2可以看出,配比1和配比2的7d、28d 抗压强度上没有较大的差别,但是后者的劈裂抗拉强度要明显高于前者。这说明掺加聚丙烯纤维后,

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