龍春明

(湖南寧遠(yuǎn)縣建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站)

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碳纖維增強(qiáng)混凝土的耐久性研究

龍春明

(湖南寧遠(yuǎn)縣建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站)

摘要：對(duì)碳纖維增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B透性與抗酸侵蝕性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性研究。水膠比為0.40，碳纖維的摻量分別為0.2、0.5和1.0 vol.%。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，碳纖維的摻入能夠有效的提高混凝土的抗?jié)B透性和抗酸侵蝕性。碳纖維在混凝土基體中起到橋聯(lián)的作用，保證了負(fù)載轉(zhuǎn)移能力。

關(guān)鍵詞：耐久性；增強(qiáng)；碳纖維；混凝土

1試驗(yàn)部分

1.1　試驗(yàn)原材料

普通硅酸鹽PO 42.5水泥選自山東山水水泥公司，其化學(xué)成分如表1所示。粗集料最大粒徑為26.5 mm，連續(xù)級(jí)配5~26.5 mm。細(xì)集料的細(xì)度模數(shù)為2.7，平均表面密度為2 650 kg/m3。聚羧酸系高效減水劑購(gòu)自北京祥通股份有限公司，其減水率達(dá)到30%。碳纖維購(gòu)自天津龍泓復(fù)合材料有限公司，其物理性能如表2所示。

表1　普通硅酸鹽水泥的化學(xué)組成

表2　碳纖維的物理性能指標(biāo)

1.2　配合比和樣品制備

混凝土的配合比如表3所示?；炷恋乃z比為0.40，混凝土試件通過使用混凝土攪拌機(jī)制備。粗骨料、細(xì)骨料和水泥首先加入到混凝土攪拌機(jī)中預(yù)攪拌1 min，然后加水進(jìn)行另2 min的攪拌。最后加入聚羧酸減水劑和碳纖維逐步加入到混凝土拌合物中進(jìn)行最后的2 min攪拌。整個(gè)攪拌時(shí)間為6 min。使用抹刀對(duì)試件進(jìn)行抹平處理，24 h后混凝土試件拆模，并放置于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為20±1 ℃，相對(duì)濕度為50±5%?；炷猎嚰苽涑?00 mm直徑、50 mm高的圓柱體試件和100 mm×100 mm×100 mm的立方體試件，分別進(jìn)行抗?jié)B透性和抗酸侵蝕性測(cè)試。

表3　碳纖維混凝土試件的配合比設(shè)計(jì)

1.3　測(cè)試方法

根據(jù)ASTM C1585標(biāo)準(zhǔn)，三塊圓柱體混凝土試塊用于抗?jié)B透性測(cè)試。將試塊一端暴露于水中，其余部分用塑料薄膜覆蓋。試塊在浸泡1、5、10、20、30 min，1、2、3、4、5、6 h，1、2、3、4、5、6、7、8、9 d后分別稱重。將浸泡于水中的試塊部分用毛巾擦干，并且在進(jìn)行下一次浸泡過程前進(jìn)行重量測(cè)試。

根據(jù)ASTM C267國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，將100 mm×100 mm×100 mm混凝土試件進(jìn)行抗酸侵蝕測(cè)試。在室溫下，混凝土試件置于5%的硫酸溶液中進(jìn)行浸泡，硫酸溶液每隔15 d進(jìn)行替換。90 d后，可以計(jì)算出酸侵蝕速率。與此同時(shí)，采用ASTM C109國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

2試驗(yàn)結(jié)果

2.1　抗?jié)B透性測(cè)試

不同碳纖維摻量的碳纖維混凝土的抗?jié)B透性測(cè)試結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，與空白混凝土試件相比，碳纖維混凝土有一個(gè)較好的抗?jié)B透性，這主要?dú)w功于碳纖維在混凝土基體中的控制和延遲效應(yīng)。當(dāng)碳纖維的摻量為0.5 vol.%時(shí)，碳纖維混凝土具有最佳的抗?jié)B透性。然而當(dāng)碳纖維的摻量達(dá)到1.0 vol.%時(shí)，碳纖維混凝土的抗?jié)B透性效果降低，主要原因?yàn)樘祭w維的摻量過大時(shí)混凝土拌合物的工作性降低，最終破壞了試件的抗?jié)B透性。

圖1　碳纖維混凝土的滲透速率

2.2　抗酸侵蝕性測(cè)試

通過90 d的硫酸侵蝕測(cè)試后，碳纖維混凝土試塊的質(zhì)量損失和厚度損失進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表4所示?？箟簭?qiáng)度測(cè)試如圖2所示。抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果在另一方面可以間接的反映出碳纖維混凝土的抗酸侵蝕性性能。結(jié)果表明碳纖維的加入能夠有效的改善混凝土的抗酸侵蝕性能，并且較好的加強(qiáng)了混凝土試件的抗壓強(qiáng)度。

表4　通過90 d酸侵蝕后碳纖維混凝土

圖2　酸侵蝕后碳纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度

3結(jié)論

在本研究中，不同摻量的碳纖維混凝土的抗?jié)B透性和抗酸侵蝕性能進(jìn)行了測(cè)試。碳纖維的摻入能夠有效的改善碳纖維混凝土的抗?jié)B透性和抗酸侵蝕性能。當(dāng)碳纖維的摻量為0.5 vol.%時(shí)，碳纖維混凝土的抗?jié)B透性和抗酸侵蝕性能提高到最佳。碳纖維在混凝土基體中起到橋聯(lián)效果，在裂縫和空隙中連接，最終提高負(fù)載轉(zhuǎn)移能力，從而提高碳纖維混凝土的耐久性性能。

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Enhancement of the Durability Characteristics of Concrete

Reinforcement with Carbon Fibers

LONG Chun-ming

(Construction Engineering Quality Safety Supervision Station)

Abstract:In this paper, the permeability and acid resistance properties of prepared concrete with different proportions reinforcement carbon fibers were investigated. The water to binder ratio was 0.40 and the proportions of carbon fibers in matrix were 0.2, 0.5 and 1.0 vol.% of concrete, respectively. The results showed that with the introduction of carbon fibers, the permeability and acid resistance properties of concrete/carbon fibers composites were improved significantly. The added carbon fibers acted as bridges across the pores and voids, which guaranteed the load-transfer in case of tension.

Key words:durability; enhancement; carbon fibers; concrete

作者簡(jiǎn)介：龍春明，男，工程師。

收稿日期：2014-11-09

中圖分類號(hào)：TU528.58

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2015)08-0003-02