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混凝土中纤维增强材料对抗裂性能的影响研究一、研究背景混凝土是一种广泛应用于建筑、桥梁、道路、水利等领域的材料，但其在使用过程中常常会出现裂缝，从而降低其使用寿命和承载能力。
为了提高混凝土的抗裂性能，人们引入了纤维增强材料，旨在改善混凝土的力学性能和耐久性能。
二、纤维增强材料的种类目前常用的纤维增强材料包括钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维等。
不同种类的纤维增强材料具有不同的物理和化学性质，其对混凝土的影响也有所不同。
三、纤维增强材料对混凝土抗裂性能的影响1. 抗拉强度研究表明，添加纤维增强材料可以显著提高混凝土的抗拉强度。
纤维增强材料可以使混凝土内部的应力分布均匀，从而增强混凝土的耐久性和承载能力。
其中，钢纤维和碳纤维的抗拉强度更高，可以在一定程度上替代钢筋，减少钢筋的使用量。
2. 抗裂性能添加纤维增强材料可以有效提高混凝土的抗裂性能。
纤维增强材料可以有效控制混凝土的收缩和温度变化，从而减少混凝土中的裂缝。
其中，钢纤维和玻璃纤维的抗裂性能更好，可以在抗震、抗风、抗爆等重要场合中使用。
3. 抗冲击性能添加纤维增强材料可以显著提高混凝土的抗冲击性能。
纤维增强材料可以有效吸收冲击能量，从而减少混凝土的损伤。
其中，碳纤维和玻璃纤维的抗冲击性能更好，可以在防护工程中使用。
4. 抗疲劳性能添加纤维增强材料可以提高混凝土的抗疲劳性能。
纤维增强材料可以有效抑制混凝土中的微裂纹扩展，从而延长混凝土的使用寿命。
其中，聚丙烯纤维和聚乙烯纤维的抗疲劳性能更好，可以在桥梁、道路等高强度工程中使用。
四、纤维增强材料的添加量纤维增强材料的添加量是影响混凝土性能的重要因素之一。
一般来说，添加量越大，混凝土的性能越好，但同时也会增加混凝土的成本。
因此，需要根据具体情况合理确定纤维增强材料的添加量。
五、结论综上所述，纤维增强材料可以有效提高混凝土的力学性能和耐久性能，其中钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯纤维等不同种类的纤维增强材料对混凝土的影响不同。
聚丙烯纤维材料对混凝土性能的影响研究发布时间：2021-05-10T01:53:25.130Z 来源：《中国科技人才》2021年第7期作者：王楠周为快[导读] 聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维，适用于路面桥面、地坪等工程部位，近几年在我国的市政、公路和建筑工程中已有较多应用。
天津渤化化工发展有限责任公司天津市滨海新区 300486摘要：聚丙烯纤维具有很好的化学稳定性和机械强度，广泛应用于混凝土材料的增强。
聚丙烯纤维混凝土在中国的研究开发和应用相对较晚,由于认识上的欠缺，使聚丙烯纤维这种新型材料的开发和推广应用受到严重的阻碍。
基于此，本文将针对聚丙烯纤维材料对混凝土性能的影响进行研究，希望能够为聚丙烯纤维混凝土的推广贡献绵薄之力。
关键词：聚丙烯纤维；混凝土；性能影响聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维，适用于路面桥面、地坪等工程部位，近几年在我国的市政、公路和建筑工程中已有较多应用。
众所周知,在混凝土中掺入聚丙烯纤维，能有效控制混凝土由于塑性收缩和塑性沉降产生的塑性裂缝,同时提高混凝土的抗冲击韧性和耐磨性,对混凝土的抗渗性能和抗冻性能也有所改善。
1.聚丙烯纤维种类1.1表面改性聚丙烯纤维聚丙烯纤维本身具有憎水性的特点，直接使用的话，不能够与混凝土形成良好的界面结合效果，会导致复合材料的各项性能缺陷。
在聚丙烯纤维的改性中主要采用烷基磷酸盐或者硅氧烷，改性后的聚丙烯纤维与混凝土的界面结合性好，而且有利于纤维在混凝土基体内的分散。
具有代表性的改性聚丙烯纤维包括美国歇尔兄弟公司的杜拉纤维、日本三菱公司改性纤维以及丹麦的克烈束纤维。
改性聚丙烯纤维可以与混凝土形成极好的结合，有效提高混凝土的抗冲击性能和抗裂性以及建筑的韧性。
1.2聚丙烯网状纤维聚丙烯网状纤维是由聚丙烯树脂经特殊加工和处理制成的一束束互相交织成网状的纤维。
它和水泥混凝土的基料有极强的结合力。
加入混凝土基料中，经搅拌后，因受到水泥、砂石等骨料的冲击，自动张开。
纤维的不同掺量对混凝土早期抗裂性能的影响摘要：在混凝土中掺入纤维能有效提高混凝土早期抗拉强度，防止早期裂缝的出现。
针对这一问题，本文结合具体试验，研究了纤维的不同掺量对混凝土早期抗裂性能的影响，试验结果表明，混合纤维混凝土明显改善混凝土抵抗早期裂缝的能力，并有利于提高混凝土结构的耐久性，可供业界人士参考交流。
关键词：混凝土；抗裂性能；聚丙烯纤维；玄武岩纤维；掺量随着混凝土技术的发展，高性能混凝土的产生和应用日趋成熟，已被广泛。
但是，高性能混凝土中的高强度等级水泥、高用量都易导致水泥早期水化热的急剧上升和混凝土表面水分蒸发，从而加剧混凝土早期龄期塑性收缩裂缝的产生，还为侵蚀性介质向混凝土基体侵入提供通道，加速钢筋的锈蚀，从而影响混凝土的耐久性和结构的安全性。
研究表明，在均匀分散的情况下，纤维在混凝土中呈现三维网络结构，起到支撑集料的作用，阻止因粗、细骨料沉降而产生的离析，可使混凝土材料分布更加均匀，减小表层失水产生的收缩，减少甚至完全阻止混凝土表层裂纹的产生。
本文研究纤维对混凝土抗裂早期性能的影响，并重点分析纤维不同掺量的影响。
1 原材料的选用及配合比确定1.1 试验原材料胶凝材料：水泥采用华润牌po52.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰为沙角a电厂生产的ⅱ级粉煤灰；矿渣为广州某建材微粉有限公司生产的矿渣微粉；微珠采用深圳市同成新材料科技公司生产的纳米微珠。
骨料：粗骨料为5～20mm连续级配的碎石；细骨料为北江中砂，细度模数为2.2。
纤维：凯泰（cat）改性聚丙烯纤维，直径30μm，长度19mm，断裂强度大于530mpa，弹性模量为5.8gpa。
减水剂：采用佛山某工程材料有限公司生产的cx-8聚羧酸高效减水剂。
1.2 配合比确定2 纤维对混凝土早龄期抗裂性能的影响2.1 试验方法3 结语实验表明：当聚丙烯纤维掺量低于0.9kg·m-3，混凝土的抗裂性能随着纤维掺量的增大而提高；当纤维掺量从0.9kg·m-3增加到1.2kg·m-3，其抗裂性能基本不变。
研究聚丙烯纤维材料对混凝土性能的影响摘要：本文通过试验分析对聚丙烯纤维材料在混凝土性能中的影响进行研究，结果显示在纤维混凝土中加入合成材料纤维丝，能够有效控制混凝土收缩裂缝，并最大程度降低相同强度状态下混凝土可出现裂缝的长度与宽度，提高混凝土的抗塑性沉陷裂缝作用，具有十分显著的指导意义。
关键词：聚丙烯纤维材料；混凝土；性能；影响；研究在工程技术不断发展以及工程建设对混凝土的性能要求不断提升下，进行更高强度与更好工作性能的混凝土配置，以实现混凝土耐久性改善提升基础上的混凝土抗裂性及其有关技术研究和发展，已经逐渐成为当前我国混凝土技术研究和发展的重要方向。
值得注意的使，混凝土施工中，导致其裂缝产生的原因相对较多，其中混凝土结构内部收缩变形导致的裂缝情况，在混凝土裂缝问题中最为常见，对混凝土结构稳定性以及工程质量的危害影响也十分突出。
通常情况下，针对高性能混凝土裂缝问题的控制措施，一般包含两种，即有效控制混凝土内部收缩应力，避免其超出混凝土自身的强度，或者是促进混凝土的早期抵抗收缩应力的能力提升。
根据上述两种混凝土裂缝控制途径，有研究显示，在混凝土中掺入纤维材料不仅能够有效提升混凝土的延性与韧性，促进混凝土抗裂性能提升，而且其对混凝土材料及工艺要求较低，整体成本增加不大。
为此，下文将对聚丙烯纤维材料在混凝土性能中的影响进行研究，以供参考。
1混凝土原材料与配比设计1.1原材料分析本文进行混凝土配制的原材料主要包含水泥（鼎鹿牌P?O32.5与P?O42.5水泥，该水泥的各项力学性能与技术指标均符合有关要求）/粉煤灰（某热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰，细度为4.8%，进行混凝土配制应用的需水量为95%，28d试验检测显示其抗压强度比达到105.6%）/纤维（采用聚丙烯纤维材料，其各项性能指标如下表1所示）/细集料与粗集料等。
其中，进行混凝土配制使用的细集料为连续级配中砂，其细度模数达到2.6；粗集料为粒径在5至20mm的连续级配碎石。
聚丙烯纤维砂浆早期抗裂性能的试验研究摘要：混凝土结构的早期开裂现象较严重，降低了结构的耐久性。
聚丙烯纤维的主要作用之一是早期阻裂。
本试验在砂浆中分别掺入聚丙烯纤维长度为3mm、6mm、10mm、15mm和掺量分别为0.5 kg/m3和1kg/m3的纤维，以及不掺纤维的基准试件。
试验表明：随纤维长度和掺量的增加，能有效的抑制砂浆塑性收缩造成的开裂。
关键词：聚丙烯纤维；砂浆；裂缝；混凝土1前言混凝土由于其抗压强度高，材料来源广泛、价格便宜、易浇筑成型等优点，被广泛应用于房屋建筑工程、道路桥梁工程、码头水利工程及水泥制品。
但是在混凝土结构中存在一个相当普遍并且严重的问题就是结构物的开裂。
裂缝严重影响了混凝土的耐久性，成了长期困扰工程界的一大问题。
混凝土产生裂缝的原因有多种，尤以塑性收缩变形引起的裂缝最多。
塑性收缩大小约为水泥绝对体积的1%。
产生原因一是由于混凝土此时出现泌水和水分急剧蒸发，引起失水收缩；二是由于泌水和混凝土内不同颗粒的不均匀沉降，使混凝土与钢筋之间、骨料与胶结材料之间发生不均匀沉缩变形。
混凝土表面在材料硬化前失水收缩引起拉应力，内部的变形由于骨料和钢筋的约束也会产生拉应力，同时混凝土的早期抗拉强度达不到混凝土收缩所产生的应力，因而出现不可恢复的塑性收缩裂缝。
研究砂浆的早期抗裂性能对于研究混凝土的抗裂有重要的意义。
实践证明，聚丙烯纤维的掺入，有利于减少混凝土以及砂浆的早期塑性裂缝。
2试验研究方法2.1 试件尺寸为使试验结果具有可比性，聚丙烯纤维砂浆塑性收缩性试验方法参照美国wilrick工程[1]与检测公司和广州市住宅建设发展有限公司的试验方法[2]。
试件尺寸为450mm×300mm×20mm。
2.2试验方法在砂浆中分别掺入聚丙烯纤维的长度为3mm、6mm、10mm、15mm 的四种、每种纤维掺量为0.5 kg/m3和1kg/m3、以及不掺纤维的基准试件。
为了让砂浆尽快失水产生裂缝，每个试件浇注完毕，将试件移至室外暴露24h，室外相对湿度46％，温度为23℃。
第40卷第1期2008年2月 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报Jou rnal of N an jing U n iversity of A eronau tics &A stronau ticsV o l .40N o.1 Feb.2008外加剂对聚丙烯纤维增强混凝土的早期抗裂性影响张 伟1,2 艾 军1 李美丹3(1.南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016;2.南京工程学院建筑工程学院,南京,211167;3.沈阳建筑大学材料科学与工程学院,沈阳,110168)摘要:采用平板限制收缩试验法,研究了减水剂与膨胀剂及其复合技术对聚丙烯纤维增强高性能混凝土的早期抗裂性的影响。
结果表明,聚丙烯纤维增强高性能混凝土的早期抗裂性大小顺序为:U EA 2N 混凝土膨胀剂与聚羧酸高效减水剂复合的纤维增强高性能混凝土>A EA 混凝土膨胀剂与聚羧酸高效减水剂复合的纤维增强高性能混凝土>A EA 混凝土膨胀剂与萘系减水剂复合的纤维增强高性能混凝土>纤维增强高性能混凝土。
因此,采用U EA 2N 混凝土膨胀剂与聚羧酸高效减水剂的复合外加剂技术和聚丙烯纤维增强技术是防止高性能混凝土发生塑性收缩开裂的比较理想的技术措施。
关键词:混凝土;开裂;减水剂与膨胀剂复合技术;塑性收缩中图分类号:TU 528 文献标识码:A 文章编号:100522615(2008)0120129205 基金项目:国家自然科学基金(50178044)资助项目;江苏省自然科学基金前期预研基金(BK 2005216)资助项目。
收稿日期:2006211209;修订日期:2007201216 作者简介:张伟,男,硕士,1982年1月生;艾军(联系人),男,教授,E 2m ail :aijun 0822@nuaa .edu .cn 。
Effects of Ad m ixture on Crack i ng Resistance of Polypropylene Re i nforcedH igh -Performance Concrete a t Early AgeZ hang W ei1,2,A i J un 1,L i M eid an 3(1.Co llege of A ero space Engineering ,N anjing U niversity of A eronautics &A stronautics ,N anjing ,210016,Ch ina ;2.Co llege of A rch itecture and C ivil Engineering ,N anjing Institute of T echno logy ,N anjing ,211167,Ch ina ;3.Co llege of M aterial Science and Engineering ,Shenyang J ianzhu U niversity ,Shenyang ,110168,Ch ina )Abstract :B y u sing the restricted sh rinkage slab test ,early effects of adm ix tu re on the crack ing resis 2tance of po lyp ropylene reinfo rced h igh 2perfo r m ance concrete are investigated .R esu lts show that the o r 2ders from large to s m all of the early crack ing resistance of po lyp ropylene reinfo rced h igh 2perfo r m ance concrete is as fo llow s :the resistance to crack ing of the po lyp rop ylene reinfo rced h igh 2perfo r m ance con 2crete w ith the com b inati on of U EA 2N concrete expan si on agen t and po lycarboxylate typ e superp las 2tieizers >the com b inati on of A EA concrete exp an si on agen t and po lycarboxylate typ e sup erp lastieizers >the com b inati on of A EA concrete expan si on agen t and nap h thalene superp lasticizers >h igh perfo r m ance concrete .T herefo re the po lyp rop ylene reinfo rced h igh 2p erfo r m ance concrete com b ined U EA 2N concrete exp an si on agen t and po lycarboxylate typ e sup erp lastieizers is benefit to the p lastic sh rinkage and crack 2ing of concretes .Key words :concrete ;crack ing ;com b inati on of concrete exp an si on agen t and superp lastieizers ;p lasticsh rinkage引 言高性能混凝土(H igh perfo r m ance concrete ,H PC )是以其“三高”而著称,即耐久性高、工作性高和强度高,被称为21世纪混凝土。
H PC 由于其优异的性能、显著的经济性,目前已广泛应用于高层建筑、大坝、海工、桥梁等工程[1]。
高性能混凝土浇筑后“在最初几个小时的养护阶段因表面水分蒸发速度大于内部泌水速度”浆体发生紧缩[2]。
这个阶段混凝土本身强度很低,当毛细管负压产生的收缩应力大于混凝土的抗拉强度时,混凝土暴露向外的表面开始出现裂缝。
裂缝在混凝土养护的最初几个小时内不断引发和扩展,裂缝数目增多,裂宽、裂长增大,一直到混凝土初凝时基本停止。
这类裂缝称为塑性收缩裂缝。
塑性收缩裂缝将对混凝土的抗渗、抗侵蚀、抗冻融等耐久性产生非常不利的影响,混凝土的开裂必将加速在耐久性实验过程中混凝土的劣化进程,从而引起结构耐久性的降低[324],达不到设计寿命,所以,研究高性能混凝土塑性收缩开裂及其控制方法具有十分重要的意义。
混凝土达到高性能最重要的技术途径就是使用高效减水剂和膨胀剂,前者能够降低混凝土的水胶比,改善新拌混凝土的工作性和控制混凝土塌落度损失,赋予混凝土高密实性和优良工作性;后者是解决混凝土开裂的有效措施之一,它依靠自身的化学反应或与水泥其他成分反应,在水化时产生一定的膨胀,以补偿混凝土的收缩。
针对减水剂与膨胀剂相容性对高性能混凝土早期塑性收缩开裂性能的影响研究较少,本文应用约束平板试验法,研究了减水剂与膨胀剂复合技术对大掺量矿物掺合料混凝土早期塑性收缩开裂的影响。
1 试 验111 原材料与配合比111.1 原材料采用江苏嘉新京阳水泥厂生产的P. 5215R 硅酸盐水泥,其化学成分见表1。
镇江产风选I级粉煤灰(F ly ash,FA),细度618%,含水率0104%,烧失量2104%,需水量比93%,SO3含量1122%,化学成分见表1。
江苏江南粉磨公司的S95级磨细矿渣(Slag,SG),化学成分见表1。
江苏省建筑科学研究院生产的矿物掺和料(X粉)。
安徽巢湖速凝剂总厂生产的A EA铝酸盐混凝土膨胀剂,化学成分见表1。
安徽省庐江县特种建筑材料厂开发生产的低碱U型砼膨胀剂U EA2N,化学成分见表1。
南京产黄砂,表观密度2680kg m3,堆积密度1570kg m3,含泥量215%,细度模数118,属于 区级配。
南京六合产玄武岩碎石,最大粒径12mm,表观密度2820 kg m3,堆积密度1435kg m3,含泥量013%,针片状颗粒含量1114%,压碎指标6%,基本属于5～10 mm连续级配。
上海华登外加剂厂生产的H P400R 型聚羧酸缓凝高效减水剂,该外加剂为液体,减水率30%以上,无氯离子,碱含量小于减水剂干重的1%。
江苏省建筑科学研究院生产的液体JM22000c 高效引气剂,推荐掺量为万分之015～110。
常州市天怡工程纤维有限公司生产的束状单丝聚丙烯(Po lyp rop ylene,PP)纤维,密度0191g m3,长度19 mm,直径01048mm,弹性模量≥315GPa。
11112 配合比表2为实验设计的4组混凝土的配合比。
分别是单掺聚羧酸减水剂的基准PP纤维增强高性能混凝土D9、A EA型膨胀剂分别与112%聚羧酸减水剂和117%萘系减水剂复合的PP纤维增强高性能混凝土(D18、D1822)、U型砼膨胀剂U EA2N与112%聚羧酸减水剂复合的PP纤维增强高性能混凝土(D1821)。
控制混凝土的坍落度在130～220 mm范围内。
112 实验与测试方法11211 约束平板模具参考中国工程院水利与建筑学部《混凝土结构耐久性设计与施工指南》[5]中日本笠井芳夫教授提出的设计方法,本实验的试件尺寸为600mm×600 mm×63mm,用于浇注试件的钢制模具见图1(a)。
模具的四边用—63mm×613mm的等边角钢制成,四边与底板通过螺栓固定在一起,以提高模具的刚度;在模具每个边上用双螺帽固定下排7个56×100mm螺栓和上排7个56×50mm螺栓。
两排螺栓相互交错,便于浇筑的混凝土填充密实。
在模具底板的表面铺上低摩阻的聚四氟乙烯薄膜。
表1 主要原料的化学成分%材料Si O2A l2O3CaO M gO SO3Fe2O3M nO T i O2N a2O K2O I.L水泥201605103651060155212441381130 SG331481212136135101590166114001342117112701560136 FA52137321132116014701334113012501611130A EA1918216162281601158261862166013201303102U EA2N25120161212317111822616401850110141031南 京 航 空 航 天 大 学 学 报第40卷表2 混凝土的配合比编号材料用量(kg ・m -3)水泥FA SG X 粉膨胀剂砂石减水剂引气剂PP 纤维水胶比D 9210150301506761104聚羧酸112%010480110%0128D 182101503015060(10%)A EA 6761104聚羧酸112%010480110%0128D 18212101503015060(10%)U EA 2N 6761104聚羧酸112%010480110%0126D 18222101503015060(10%)A EA6761104萘系117%010480110%012511212 混凝土搅拌与试件制作采用强制搅拌机进行搅拌,投料和搅拌顺序为:先加胶凝材料和砂、石,同时撒入聚丙烯纤维,干拌1m in ,再加入混有高效减水剂和高效引气剂的水,湿拌3～5m in 。
