錢春香，聶彥鋒，胡迎波

(1.東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京211189;2.江蘇省土木工程材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京211189)

在工程實(shí)踐中，混凝土裂縫已成為普遍且難以解決的問(wèn)題.從材料角度看，控制混凝土的早期開裂主要從減小混凝土收縮和提高混凝土抗拉強(qiáng)度出發(fā)，用纖維增強(qiáng)混凝土來(lái)提高混凝土抗裂性和韌性是目前國(guó)際上較認(rèn)可的有效方法［1］.聚丙烯纖維混凝土已經(jīng)越來(lái)越多地被應(yīng)用于工程中，取得了較好的工程效應(yīng)［2］.但有研究表明，在其他條件不變的情況下，混凝土中摻入纖維會(huì)降低混凝土的流動(dòng)性，在一定程度上影響混凝土的后期性能，且在機(jī)場(chǎng)、隧道等工程中影響較大［3－5］.故改善聚丙烯纖維混凝土的工作性能顯得尤為重要.

目前改善纖維混凝土工作性能的方法主要是通過(guò)摻加高效減水劑、礦物摻合料等外摻組分來(lái)實(shí)現(xiàn).然而纖維混凝土的工作性能不僅與化學(xué)外加劑、礦物摻合料等的種類有關(guān)，更重要的還與其摻量有很大的關(guān)系，并且這些還在很大程度上影響著工程的經(jīng)濟(jì)效益.因此，研究不同外摻組分及其摻量對(duì)纖維混凝土工作性能的影響，對(duì)于制備高流動(dòng)性、不分層離析、泌水的混凝土具有重要意義.

目前國(guó)內(nèi)外研究成果主要集中在研究各種纖維對(duì)砂漿或混凝土的阻裂增強(qiáng)和減少收縮方面［6－7］，而對(duì)在纖維和化學(xué)外加劑以及礦物摻合料共同作用時(shí)纖維混凝土工作性能方面的研究較少［8］.筆者主要研究了纖維和高效減水劑的摻量對(duì)目前大都摻有礦物摻合料和膨脹劑的纖維混凝土工作性能的影響規(guī)律，以期為制備適宜經(jīng)濟(jì)的高工作性能纖維混凝土提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐.

1 試驗(yàn)原材料及配合比

1.1 試驗(yàn)原材料

①水泥:盤固P·II 52.5普通硅酸鹽水泥.②粉煤灰:出自南京聚力粉煤灰建材廠，Ⅰ級(jí).③礦粉:選用南京梅寶新型建材有限公司生產(chǎn)的S95礦粉.④細(xì)骨料:細(xì)度模數(shù)為2.7的河砂.⑤粗骨料:5.0～31.5 mm的連續(xù)級(jí)配玄武巖.⑥減水劑:丙烯酸類聚羧酸減水劑.⑦膨脹劑:選用江蘇省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的HME －Ⅲ低堿型混凝土膨脹劑.⑧纖維:選用江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的潤(rùn)強(qiáng)絲 －Ⅰ聚丙烯纖維.其主要性能指標(biāo)見表1.

表1 潤(rùn)強(qiáng)絲 －Ⅰ聚丙烯纖維的主要性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)配合比

纖維混凝土強(qiáng)度等級(jí)選取CF30.礦物摻合料選取粉煤灰和礦渣按等比例雙摻，總用量為總膠凝材料用量的25%，膨脹劑用量為總膠凝材料的8%，實(shí)驗(yàn)配合比見表2.

表2 試驗(yàn)配合比kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

新拌聚丙烯纖維混凝土工作性能主要通過(guò)坍落度指標(biāo)來(lái)評(píng)定.測(cè)定根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E30—2005)來(lái)進(jìn)行.

纖維與水和減水劑的接觸角由JY－82B接觸角測(cè)定儀測(cè)量.

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1)在減水劑摻量相同條件下，聚丙烯纖維的摻量對(duì)新拌混凝土的坍落度影響較大，變化趨勢(shì)如圖1所示.由圖1可以看出，在減水劑摻量相同條件下，無(wú)論摻量大小，隨著纖維摻量的增加，坍落度均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì).其原因主要在于在混凝土拌合物摻入聚丙烯纖維后，混凝土拌合物內(nèi)部形成一種近似均勻的亂向支撐體系，隨著摻量的增加，這種體系占據(jù)空間越大，由于聚丙烯纖維與水泥基材料有著極強(qiáng)的結(jié)合力，則黏聚性增大，坍落度降低.

圖1 減水劑摻量相同條件下不同纖維摻量對(duì)坍落度的影響

2)在纖維摻量相同條件下，不同減水劑摻量對(duì)坍落度的影響也較大，其變化趨勢(shì)如圖2所示.由圖2可以看出，在纖維摻量相同條件下，隨著減水劑摻量的提高，坍落度同樣提高，這與不摻纖維混凝土的變化趨勢(shì)相同，表明纖維的摻量并未明顯影響減水劑作用的發(fā)揮.

圖2 纖維摻量相同條件下不同減水劑摻量對(duì)坍落度的影響

在纖維摻量相同條件下，減水劑摻量不同，對(duì)坍落度的影響程度也不同.當(dāng)纖維摻量為0.6%時(shí)，減水劑摻量由1.1%增加到1.3%，坍落度提高了20%;當(dāng)纖維摻量為0.7%時(shí)，相同的減水劑摻量增幅條件下，坍落度提高了15%;當(dāng)纖維摻量為0.8%時(shí)，相同的減水劑摻量增幅條件下，坍落度提高了15.6%.這表明隨著纖維摻量的增加，增加減水劑的摻量不僅不能提高纖維混凝土的工作性能，還會(huì)增加成本.因?yàn)樵诶w維摻量一定的條件下，減水劑摻量的增加將會(huì)增加新拌混凝土的泌水性，而此時(shí)減水劑將影響材料成本.所以，在選取一定纖維摻量后，減水劑的摻量應(yīng)適當(dāng).

3)減水劑和水與纖維的接觸角.接觸角是衡量材料表面潤(rùn)濕性能的一個(gè)重要參數(shù).液體與固體接觸時(shí)的潤(rùn)濕情況有兩種:①液體完全潤(rùn)濕固體表面，固－液界面之間的接觸角為0°;②液體部分潤(rùn)濕固體表面，即液體在固體表面形成液滴，呈現(xiàn)非零接觸角［9］.

試驗(yàn)中，分別測(cè)試了水和減水劑與纖維之間的接觸角，如圖3所示.由圖3可知，減水劑和水與纖維的接觸角不同，減水劑與纖維的接觸角范圍為34°～45°，水與纖維的接觸角為69°～78°，表明減水劑較水容易潤(rùn)濕纖維，意味著部分減水劑并沒(méi)有發(fā)揮其作用，而是被吸附在了纖維上面.由此可知，在纖維改性時(shí)，應(yīng)注意纖維表面的處理，提高其與減水劑和水的接觸角;在實(shí)際工程中，應(yīng)選取極性較強(qiáng)能增加與纖維接觸角的減水劑，這樣可以提高減水劑利用率，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益.

圖3 減水劑和水與纖維接觸角示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

1)在減水劑摻量相同條件下，無(wú)論其摻量大小，隨著纖維摻量的增加，坍落度均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì).

2)在纖維摻量相同條件下，隨著減水劑摻量的提高，坍落度同樣提高.但減水劑摻量不同，對(duì)坍落度的影響程度也不同.

3)減水劑和水與纖維的接觸角不同，減水劑較水容易潤(rùn)濕纖維.

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