纖維對高性能混凝土抗凍性能的試驗分析

發布時間：2021-08-31所屬分類：免費文獻瀏覽：1次

摘 要： 上海紡織科技

《纖維對高性能混凝土抗凍性能的試驗分析》論文發表期刊：《上海紡織科技》；發表周期：2021年04期

《纖維對高性能混凝土抗凍性能的試驗分析》論文作者信息：曹景( 1976—) ，女，河南省遂平縣人，碩士，高級工程師，主要研究領域為混凝土材料相關方向。

　　摘 要: 嚴寒地區混凝土結構常會遭受凍融破壞，為提高混凝土的抗凍性，選擇兩種摻合料摻入混凝土中，研究其彎曲強度、 位移和彈性模量的變化。通過試驗得出: 隨著凍融次數的增加，礦物摻合料混凝土的彎曲強度和彈性模量逐漸下降，硅灰-木纖維和硅灰-棉纖維-木纖維混凝土的位移逐漸下降，而硅灰-棉纖維混凝土的位移逐漸上升，說明硅灰-棉纖維-木纖維試件的抗凍性能最強。這是因為棉纖維雖然活性較低，但由于其顆粒形狀不規則，從而能夠填充混凝土之間的空隙，而木纖維具有較高的活性，能夠加快水泥水化速度，兩者結合使得混凝土的抗凍性能提高。測試結果表明，復摻混凝土的抗凍性能比單摻混凝土好。

　　關鍵詞: 木纖維; 棉纖維; 混凝土; 配合比; 抗凍性能

　　Abstract: Concrete structures in severe cold areas often suffer from freezethaw damage. In order to improve the frost resistance of concrete, two kinds of admixtures are added to concrete to study the changes of flexural strength, displacement and elastic modulus. The test results show that the flexural strength of mineral admixture concrete decreases gradually with the increase of freeze-thaw times, and the displacement of silica fumewood fiber and silica fume-cotton fiber-wood fiber concrete decreases gradually, while the displacement of silica fume-cotton fiber concrete increase gradually. It indicates that the frost resistance of silica fume-cotton fiber-wood fiber specimens is the strongest, because although cotton fibers have low activity, thev could fill the voids between concrete due to the irregularity of their particle shape.Wood fiber has high activity, which could accelerate the hydration of cement. The combination of wood fiber and cement could improve the frost resistance of concrete. It is concluded that the frost resistance of concrete with compound admixture is better than that of concrete with single admixture.

　　Key words: wood fiber; cotton fiber; concrete; mixing ratio; frost resistance

　　混凝土結構是目前應用最廣泛的建筑結構之一，不同地區混凝土結構受到的外界影響因素差異較大。以北方為例，混凝土常遭受凍融荷載的破壞，因此提高混凝土抗凍性能是混凝土耐久性研究的熱點之一。

　　丁向群等[1]測試了混凝土受凍前后的抗壓強度和質量損失。朱新釗等[2]提出溫度應力是混凝土凍融破壞的重要原因之一。張淑文等[3]綜述了堿激發膠材混凝土的抗凍性有關研究結果。李云峰等[4]通過試驗得出隨著摻量增加，混凝土的抗凍性及抗壓強度逐漸增強。肖琦等[5]分析了纖維對混凝土抗凍性能的影響，并提出解決辦法。邱繼生等[6]研究了不同摻量的鋼纖維煤矸石混凝土的抗凍性能。趙雨等[7]對再生保溫混凝土和普通混凝土的抗凍性能進行了對比研究。韓古月等[8]得出再生粗骨料品質與摻量對再生混凝土抗凍融性能的影響規律。安新正等[9]利用含磚粒制備再生混凝土，并測試其抗凍性能。肖巍等[10]通過試驗得出混凝土抗凍性能隨水泥用量的增加而提高，但水泥超過一定量后其抗凍性能反而下降。

　　上述學者通過采用不同的摻合料，并以不同的比例摻入得到了混凝土抗凍性能的演變規律并給出了最佳配合比。木纖維和棉纖維具有產量大，價格低，性價比高等特點而被廣為使用，但在混凝土中的使用較少。本文以這兩種材料為原料，以不同配合比摻入混凝土中，分析摻合料混凝土的彎曲強度、位移和彈性模量的變化，為高性能混凝土的研制提供借鑒。

　　1 材料與方法

　　1.1 材料 采用惠州市鼎合泰實業有限公司生產的 PO52.5水泥，其化學成分為 SiO2 21.34%、CaO 60.22%、Al2O35.09%、MgO 4.16%、Fe2O3 4.37%、SO3 4.82%。

　　試驗采用由廣州市荔灣區偉華建材有限公司生產的硅灰粉，長興群豐鈣業有限公司生產的棉纖維和浙江嘉和纖維材料有限公司生產的木纖維。

　　3 種礦物摻

　　合料總量為30%，分別選擇3種配合比進行試驗，見表 1。

　　1.2 試驗方法

　　根據 DL /T 5433—2009《水工碾壓混凝土試驗規程》，待每個試塊養護后進行凍融循環試驗，TDR-1 型凍融循環試驗儀由天津市惠達實驗儀器有限公司提供。在每 20 次循環后測量其相對彈性模量和損失率，KSTD-20 型動彈儀由滄州路達建筑儀器制造有限公司提供。在凍融循環試驗后，對試件進行抗彎性能和位移測試，WDW 型電子萬能試驗機儀器由北京中航時代儀器設備有限公司提供。

　　2 試驗結果

　　2.1 彎曲強度

　　凍融次數與彎曲強度的關系見圖 1。

　　從圖 1 可以得出: 試件 1# 在凍融前彎曲強度為3.78 MPa，而凍融 60 次后為 3.01 MPa，凍融100次后為 2.32 MPa; 試件 2#在凍融前彎曲強度為 4.31 MPa， 凍融60次后為 3. 51 MPa，凍融100次循環后為2.68 MPa; 試件 3#在凍融前彎曲強度為 4.12 MPa，凍 融 60 次后為 3.41 MPa，凍融 100 次后為 2.72 MPa�？梢钥闯觯�隨著凍融次數的增加，礦物摻合料混凝土的彎曲強度逐漸下降。其中試件 3#的強度損失率最小，說 明試件 3#的抗凍性能最強。這是因為棉纖維雖然活性較低，但由于顆粒形狀不規則，從而能夠填充混凝土之間的空隙。木纖維具有較高的活性，能夠加快水泥水化速度，兩者結合使得混凝土的抗凍性能提高。因此木纖維和棉纖維的復合摻入能夠使得混凝土材料的抗凍性能提高。

　　2.2 跨中位移

　　凍融次數與跨中位移的關系見圖 2。

　　從圖 2 可 以 看 出: 試 件 1# 在凍融前位移為0.201 mm，凍融 60 次后為 0.312 mm，凍融 100 次后為0.411 mm; 試件 2#在凍融前位移為 0.781 mm，凍融 60次后為 0.643 mm，凍融 100 次后為 0.447 mm; 試件 3#在凍融前位移為 0.644 mm，凍融 60 次后為0.524 mm，凍融 100 次后為 0.457 mm�？梢�，隨著凍融次數的增加，試件 2#和 3#的位移逐漸下降，而試件 1#的位移逐漸上升。這是因為在 100 次凍融循環后，硅灰-棉纖維試件空隙增大，在受彎條件下部分混凝土被壓實，使得跨中位移增大。

　　2.3 彈性模量

　　凍融次數與彈性模量的關系見圖 3。

　　從圖 3 可以看出: 1#試件在凍融前彈性模量為31.12 GPa，凍融 60 次后為 26.13 GPa，凍融 100 次后為20.01 GPa; 試件 2#在凍融前彈性模量為 34.16 GPa，凍融60次后為28.48 GPa，凍融100次后為21.34 GPa; 試 件3#在凍融前彈性模量為 33.71 GPa，凍融 60 次后為29.14 GPa，凍融 100 次后為 23.61 GPa�？梢�，隨著凍融次數的增加，各試件的彈性模量均下降較快。試件3"的相對彈性模量最高，其損失率也最小，抗凍性能最佳。

　　3結語

　　(1)硅灰-棉纖維試件在凍融前彎曲強度為3.78 MPa，而凍融100次后為2.32 MPa;在凍融前其位移為0.201 mm，而凍融100次后為0.411 mm;在凍融前其彈性模量為31.12 GPa，當凍融100次后為20.01 GPa.

　　(2)硅灰-木纖維試件在凍融前彎曲強度為4.31 MPa，而凍融100次后為2.68 MPa;在凍融前其位移為0.781 mm，而凍融100次后為0.447 mm：在凍融前其彈性模量為34.16 GPa，而凍融100次后為21.34 GPa.

　　(3)硅灰-棉纖維-木纖維試件在凍融前彎曲強度為4.12 MPa，而凍融100次后為2.72 MPa：在凍融前其位移為0.644 mm，而當凍融100次后為0.457 mm：在凍融前其彈性模量為33.71 GPa，而凍融100次后為23.61 GPa.硅灰-棉纖維-木纖維試件在凍融循環100次后，彈性模量最高，損失率最低，抗拉強度和位移也最大，表明復摻混凝土的抗凍性能比單摻混凝土好。

　　參考文獻：

　　[1]丁向群，陳柯旭，李曉，等自防水泥凝土抗凍性能的研究D].混凝土，2018，342(4)：156-158.

　　[2]朱新釗，王愛勤，張承志關于混凝土抗凍性能兩個問題的探討0].混凝土與水泥制品，2018(2)：31-34.

　　[3]張淑文，萬小梅，劉桂賓，等.堿激發膠材混凝土抗凍性研究綜述D].混凝土，2018(1)：105-108.

　　[4]李云峰，李強龍，孔令鵬，等，偏高嶺土混凝土抗凍融性能試驗研究D].施工技術，2018，47(3)：40-43.

　　[5]肖琦，郝帥，寧喜亮，等.纖維對混凝土抗凍耐久性的影響研究綜述[].混凝土，2018(6)：68-71.

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　　[7]趙雨，劉元珍，王文婧，等再生保溫混凝土與普通混凝土抗凍性能對比研究D].混凝土，2018(5)：84-86.

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　　[10]肖巍，丁成平，謝旭劍水泥用量對混凝土性能影響的試驗研究[硅酸通報，2018，37(6)：2083-2087.