梁 斌

(新疆筑路機械廠公路工程處，新疆 烏魯木齊 830002)

0 引言

混凝土由于具有高強度、抗震、高耐久性等特點，在大跨橋梁、高層建筑等結(jié)構(gòu)工程中已受到人們普遍重視，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而由于混凝土的抗折強度和彈性模量較小，脆性大，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)材料的安全性與穩(wěn)定性。因此，在保證抗壓強度的前提下，如何提高混凝土的抗沖擊韌性顯得尤為重要。針對此類問題，目前相關(guān)學(xué)者也做出了大量的研究，主要通過摻入礦物摻合料、纖維以及聚合物等措施來提高混凝土的強度和韌性，但改善效果并不明顯?；诖?，本文研究了摻入聚合物乳液對單摻和復(fù)摻纖維增強混凝土韌性，并通過抗沖擊性能試驗，觀察分析了聚合物乳液對不同纖維增強混凝土的改性效果。從而為此類材料在今后的工程應(yīng)用中提供理論依據(jù)及技術(shù)支撐［1－3］。

1 原材料與配合比

1.1 原材料

水泥采用河南大地牌P.Ⅱ42.5 硅酸鹽水泥，安定性檢驗合格，其各項指標(biāo)見表1，集料采用高強頁巖陶粒，主要技術(shù)指標(biāo)見表2，礦物摻合料采用的花崗巖磨碎而成的礦粉，各項指標(biāo)見表3，所用纖維的主要技術(shù)指標(biāo)如表4所示;聚合物乳液:YTT 型白色水泥基復(fù)合材料。細(xì)集料:采用細(xì)度模數(shù)為2.8 的中砂，表觀密度2 650 kg/m3，堆積密度1 400 kg/m3;減水劑:減水率約為20%的萘系高效減水劑;水:為普通自來水。

表1 水泥的各項指標(biāo)

表2 集料的各項指標(biāo)

表3 礦粉的各項指標(biāo)

表4 纖維的主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 試驗配合比

為研究聚合物對不同種類纖維增強輕集料混凝土的力學(xué)性能方面的影響，選擇基準(zhǔn)配合比不變，改變聚合物用量和纖維種類及摻量。固定膠凝材料總量 400 kg/m3，礦粉 100 kg/m3，砂石 1 800 kg/m3，水150 kg/m3，砂率40%，初始水膠比為0.31，減水劑為2%。通過調(diào)節(jié)高效減水劑的用量使所制備混凝土的坍落度控制在(140 ±10)mm 的范圍內(nèi)。

1.3 實驗方案

方案一:固定纖維含量為1%為基準(zhǔn)，變化聚合物乳液含量，測試分析聚合物乳液含量變化對混凝土沖擊韌性的影響;

方案二:固定聚合物乳液含量為10%為基準(zhǔn)，變化各種纖維含量，測試分析每種纖維含量對聚合物混凝土的沖擊韌性的影響。

聚合物用量和各種纖維用量的變化如表5所示。

表5 試驗配合比所用的聚合物及纖維含量比 %

2 抗沖擊性能試驗結(jié)果及分析

抗沖擊性能的高低是評價混凝土動力性能以及韌性的一個重要指標(biāo)［4，5］，尤其在大跨橋梁、高架橋等結(jié)構(gòu)工程中，對混凝土的抗沖擊性能提出了更高的要求。通?；炷恋拇嘈源箜g性差，因此通過試件抗沖擊性能評價混凝土的抗沖擊韌性具有重要的意義。本次試驗采用落重法，即將4.5 kg 的鋼球提升到400 mm 高處后自由落下?lián)舸蛟谠嚰醒?，以混凝土的沖擊韌性(即抗沖擊能量)作為試件的抗沖擊荷載能力。圖1為沖擊試驗原理圖。

圖1 沖擊試驗原理圖

輕集料混凝土沖擊韌性按式(1)計算。

式中:W 為沖擊韌性，N·m;N 為試件初次破壞時的沖擊次數(shù);m 為鋼球重量，kg;h 為沖擊球下落高度，m;g 為重力加速度，9.8 m/s2。

根據(jù)方案一要求，對不同摻量下聚合物對纖維增強混凝土沖擊性能測試分析，試驗結(jié)果見圖2;根據(jù)方案二要求，對不同種類纖維含量對聚合物改性混凝土的沖擊性能測試分析，試驗結(jié)果見圖3。

圖2 聚合物對纖維增強混凝土沖擊性能試驗結(jié)果

圖3 纖維對聚合物改性混凝土沖擊性能試驗結(jié)果

圖2結(jié)果表明，隨著聚合物摻量的增加，混凝土的抗沖擊韌性逐漸增大。而在纖維增強的混凝土中，鋼纖維混凝土的抗沖擊韌性最大，兩種有機纖維的沖擊韌性次之，且相差不大。當(dāng)聚合物摻量為15%時，鋼纖維加強混凝土的抗沖擊性能最好，與基準(zhǔn)混凝土相比提高了近3 倍。分析原因主要是因為在水泥石－聚合物－纖維這個特殊的體系中，聚合物顆粒相互鏈接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在水泥漿和纖維共同作用下形成的結(jié)構(gòu)變形中，當(dāng)受到外部荷載時能夠有效地吸收外部的沖擊能量，顯著提高了混凝土的抗沖擊性能。此外，聚合物乳液的摻入還能夠改善水泥石與纖維的界面粘結(jié)能力，從而大幅度增強混凝土的抗沖擊性能。

由圖3可知，固定聚合物摻量為10%，在鋼纖維和有機纖維摻量變化條件下，隨著纖維含量增加，聚合物改性混凝土的抗沖擊性能都呈現(xiàn)增大趨勢，鋼纖維改善效果最佳，兩種有機纖維的改善效果基本相同。

3 結(jié)論

聚合物乳液的摻入很大程度上提高混凝土的韌性，降低材料的脆性，添加纖維后能夠更好的改善聚合物改性混凝土韌性。鋼纖維對混凝土的增強增韌效果最顯著，有機纖維的摻入對混凝土的韌性雖然不如鋼纖維明顯，但也有所提高。因此在實際工程中，結(jié)合混凝土的力學(xué)性能以及耐久性選用合適的纖維種類以及摻量來改善聚合物改性混凝土的抗沖擊韌性。

［1］張林春，等.礦物摻合料對粉煤灰陶粒混凝土抗壓強度的影響［J］.混凝土，2010(6):83 －85.

［2］楊秋玲，馬可栓.輕骨料混凝土的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.鐵道建筑，2006(6):104 －106.

［3］Gao X F.Investigation of micro－cracks and micro－structure of high performance lightweight aggregate concrete［J］.Building and Environment，2002，37:485－488.

［4］潘榮偉，等.復(fù)合膠凝材料對輕集料混凝土力學(xué)性能影響研究［J］.混凝土，2012(11):64 －70.

［5］劉衛(wèi)東，等.聚丙烯纖維混凝土的耐磨損及抗沖擊性能研究［J］.混凝土，2005(1):43 －45.