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对维克聚丙烯纤维抗早期收缩裂缝的试验和评价
发布者:维特耐 发布时间:2012-07-19 17:13:56

 冯文元  
深圳大学 结构工程研究所  广东  深圳 


摘要:通过平板开裂试验,研究掺维克聚丙烯纤维混凝土抗早期收缩裂缝的作用,并与膨胀剂予以对照,对其控制裂缝的性能作出评价。
关键词: 聚丙烯纤维 收缩裂缝 试验评价
1、 前言
鉴于混凝土早期收缩裂缝的普遍存在,人们在混凝土中掺加各种外掺材料以抑制裂缝产生,最常用的外掺材料有纤维、膨胀剂及减缩剂等,问题是对其抗收缩裂缝的作用有不同看法,其中有些文献意见相左评价不一,这与所用材料的使用条件及环境不同有关,也与试验方法有关;以膨胀剂为例,有些掺膨胀剂的混凝土也产生了裂缝,而且部分裂缝宽度较大,有些观点据此完全否定了膨胀剂的抗裂作用。本文将对维克聚丙烯纤维抗早期约束收缩裂缝的试验结果予以分析,并与膨胀剂对照,对其在混凝土中抑制收缩裂缝的作用作出评价。
2、 试验方法
2.1所用材料:采用海星小野田普通硅酸盐水泥(P.O42.5),沙角电厂Ⅱ级粉煤灰,中砂(细度模数2.8),5~30㎜碎石;使用FDN-6型缓凝减水剂,武汉三源生产的UEA膨胀剂,以上材料经试验均符合相应规范要求。采用WK-2型维克聚丙烯纤维,由深圳市维特耐工程材料有限公司提供。
混凝土配合比如表1。编号为P1-1、P1-2和P2-1、P2-2分别为基准与掺膨胀剂混凝土的平板开裂试验配比;P3-1至P3--4为基准与掺膨胀剂、聚丙烯纤维混凝土的平板开裂试验配比;为了与其他指标比较,还做了抗压强度、限制收缩率及抗氯离子渗透试验(库仑电量法)。

2.2试验方法:本试验采用以《纤维混凝土结构技术规程》【1】CECS38:2004为基础的平板开裂试验方法,该方法与施工混凝土的早期约束收缩情况相近,而且裂缝指标方便测量,环境条件易于控制。混凝土试模为600㎜×600㎜×63㎜的钢试模,侧模设直径为6㎜间距为60㎜的双排螺钉作为约束件,底板铺以聚乙烯薄膜用作隔离层。分别浇筑基准试件和掺外加剂的试件,混凝土浇筑后用塑料薄膜覆盖2h,然后取下薄膜,每一试件用一台电风扇以风速5m/s(经风速仪测定),风向平行于试面吹风。环境温度保持20℃±2℃,相对湿度不大于60%。
自试件成型24 h后观测裂缝,记录每条裂缝的编号、长度、宽度,以裂缝的长度与宽度乘积之和分别计算基准试件和掺外加剂试件裂缝的名义总面积,并按下式计算其裂缝降低系数 :
          

以裂缝降低系数的大小评价聚丙烯纤维和膨胀剂对抑制平板混凝土早期约束收缩裂缝的作用。需要说明的是,各种文献对风速的要求不同【1】【2】【3】,本试验采用风速5m/s。
3、 试验结果
各配合比的平板开裂试验结果见表2~表5,由裂缝长度与宽度的乘积之和求出其裂缝名义总面积,并根据(1)式求出裂缝降低系数 ,结果汇总见表6。P3-1至P3—4的抗压强度、限制收率及抗氯离子渗透试验结果见表7。


4、 分析和评价
4.1掺膨胀剂混凝土:由各编号的平板开裂试验结果来看,掺膨胀剂的混凝土裂缝降低系数较低,其中一组试验还出现了负值,说明膨胀剂对抑制平板裂缝的作用有限;但其限制收缩率和通过电量试验结果都优于基准混凝土,由此看来,膨胀剂对降低混凝土收缩提高抗氯离子渗透是有作用的。
很多掺膨胀剂的混凝土主要检测其限制收缩率,或者规定混凝土限制收缩率为控制指标,并以此作为膨胀剂抗裂作用的主要依据;限制收缩率是混凝土单方向约束时的相对收缩值,它只能间接地表示膨胀剂抗裂作用的大小,多次室内试验和现场施工结果告诉我们,限制收缩率与混凝土的早期收缩裂缝没有直接的相关关系,也就是说,掺加了膨胀剂,而且限制收缩率符合规定要求,并不能完全保证不出现裂缝,甚至是有害裂缝。
需要特别指出的是,平板开裂试验所规定的试验条件对掺膨胀剂的混凝土是极其不利的,为达到快速试验的目的,该试验规定用电风扇在混凝土表面吹风,并规定混凝土试件所处环境是干燥环境(相对湿度为60%以下),而膨胀剂与水泥反应时却需要大量水分,并保持潮湿环境,表面快速干燥使膨胀剂不但不能充分发挥作用,反而使混凝土内部因膨胀剂的反应而快速失水,徒增裂缝,造成掺膨胀剂混凝土的平板开裂试验结果偏低;由此也说明,掺膨胀剂的混凝土必须保证及时和有效的养护,使其处于完全湿润状态,膨胀剂方能发挥作用,因而良好的养护是掺膨胀剂混凝土控制裂缝成败的关键之一。
考虑到平板开裂试验对膨胀剂的不利因素,可以说膨胀剂对抑制混凝土早期收缩裂缝是有作用的,但使用膨胀剂应有一定的约束条件,和良好的养护措施,否则非但不能抑制裂缝,有可能混凝土的开裂程度比不掺膨胀剂更为严重;同时膨胀剂对控制平板的开裂作用不甚显著,因此,膨胀剂主要用于填充混凝土,如后浇带、钢管混凝土、预应力管道灌浆等,对于裂缝指标要求严格的情形,或易产生裂缝的部位,或养护不易到位的部位,如混凝土墙体结构,则不宜单掺膨胀剂。
4.2掺维克聚丙烯纤维混凝土:P3-1至P3—4的试验说明,维克聚丙烯纤维能大大提高混凝土的裂缝降低系数,因而具有优良的抗裂性能;其3d的膨胀率与掺膨胀剂混凝土相等,而后期的收缩率比掺膨胀剂混凝土为小,其抗氯离子渗透性与掺膨胀剂混凝土不相上下;聚丙烯纤维的成本虽比膨胀剂稍高【4】,但其性能较好,故掺聚丙烯纤维还是合算的。总之,聚丙烯纤维抑制混凝土早期收缩裂缝的能力优于膨胀剂,因而对于裂缝要求严格的混凝土,应优先考虑采用聚丙烯纤维,或者聚丙烯纤维与膨胀剂双掺。
4.3维克聚丙烯纤维与膨胀剂双掺混凝土:本试验聚丙烯纤维与膨胀剂双掺(P3-4)的试验结果不尽人意( =45%),属限裂效能等级三级,可能也与上述的掺入膨胀剂时的干燥环境有关。如果以P3-2为基准,与P3-4比较,由此计算的裂缝降低系数 =63%,说明聚丙烯纤维在掺膨胀剂的混凝土中还有63%的裂缝降低系数,因此其控制裂缝的作用优于膨胀剂。
维克聚丙烯纤维与膨胀剂控制混凝土裂缝的机理完全不同,前者主要提高混凝土的勒性,即在混凝土有较大变形后,还能承受较大应力;后者则使混凝土膨胀,以抵消其收缩应力。在具体工程中使用何种材料应视其作用机理、效果和环境条件而定。
控制和预防混凝土产生裂缝是一项系统工程,需要设计部门、混凝土预拌厂及施工单位共同采取有效措施方可奏效,对于一项具体工程,应根据其具体情况采取相应的抗裂方案,其中包括结构构造措施、材料及配合比措施、施工措施等,切不可生搬硬套。就控制裂缝而言,认为只要掺加一种外加剂就可万事大吉,往往是不成功的。
5、 结论
5.1膨胀剂对控制混凝土裂缝有一定效果,但其抗裂作用有限,宜用于填充混凝土;维克聚丙烯纤维的控制裂缝作用优于膨胀剂,宜用于对裂缝有较严格要求,或易于开裂的部位,也可采用二者双掺。
5.2不论是掺膨胀剂还是掺维克聚丙烯纤维,或二者双掺,必须保证混凝土有及时的充分的湿养护,最好是密封的湿养护,施工经验证明,这是控制混凝土裂缝成败的关键之一。
5.3控制混凝土裂缝是一项系统工程,需要设计单位、混凝土预拌厂及施工部门共同采取相应措施方可奏效;认为只要外掺某一种材料就可万事大吉往往会遭遇失败。

参考文献
【1】 纤维混凝土结构技术规程,CECS 38:2004;
【2】 中国工程院土木水利与建筑学部,混凝土结构耐久性设计与施工指南,中国建筑工业出版社,北京,2004;
【3】 刘思国等,纤维对自密实混凝土工作度和早龄期收缩性能影响的试验研究,第十一届全国纤维混凝土学术会议论文集,大连理工大学出版社,大连,2006;
【4】 游宝坤等,关于混凝土抗裂材料应用的讨论,混凝土,2005(10)。
作者简介:冯文元,(1936-),男,高级工程师,从事耐久性混凝土的检测和研究工作;
单位地址:深圳大学结构工程研究所(518060);
联系电话:0755-26558600

 

 

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