复合纤维混凝土的试验研究

河北工业大学硕士学位论文复合纤维混凝土的试验研究姓名：张海辉申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：田稳苓20061201河北工业大学硕士学位论文复合纤维混凝土的试验研究摘要鉴于一般混凝土桥面铺装层会出现各种各样的早期病害，本文主要从材料方面考虑加强桥面铺装层的力学及耐久性能，因此引入了复合纤维混凝土材料，它集良好的力学性能和优越的耐久性能于一体，非常适合作为桥面铺装层材料。

本试验中采用了钢纤维、聚丙烯纤维以及聚丙烯仿钢丝纤维，考虑了单一纤维混凝土、钢—聚丙烯纤维复合纤维混凝土以及钢—聚丙烯仿钢丝纤维复合纤维混凝土，进行了纤维混凝土的配合比设计，从力学性能（立方体抗压强度、抗折强度、弯曲韧性）和耐久性能（抗渗）两方面进行了试验设计。

文中分别就纤维混凝土的各项性能进行了具体的试验分析，对比了素混凝土、单一纤维混凝土以及复合纤维纤维混凝土的性能差异，体现了复合纤维混凝土性能上的优越性，并从纤维的增强机理方面进行了理论分析，得出了以下试验结论：纤维混凝土的性能要明显优于素混凝土；纤维的混杂效应起到了很好的作用，复合纤维混凝土的性能要优于单一纤维混凝土；复合纤维混凝土中钢—聚丙烯仿钢丝纤维的复合效果要优于钢—聚丙烯纤维的复合；钢—聚丙烯仿钢丝纤维复合纤维混凝土表现出了优越的力学及耐久性能，是桥面铺装材料的理想选择，是下一步细化试验的选择材料。

关键词：复合纤维混凝土，钢纤维，聚丙烯纤维，聚丙烯仿钢丝纤维，立方体抗压强度，抗折强度，弯曲韧性，抗渗性能i复合纤维混凝土的试验研究iiEXPERIMENTAL STUDYON COMPLEX FIBER CONCRETEABSTRACTBecause normal concrete bridge deck pavement has various forepart disease. Thisarticle considered mechanism and durability of bridge deck pavement mainly from material aspect, therefore has introduced the complex fiber concrete material. Complex fiber concrete not only has good mechanism but also has superior durability. And it is very suitable to take the bridge deck pavement material.In this experiment, it has used steel fiber, polypropylene fiber as well as polypropylene fiber imitates the steel wire, had considered the sole fiber concrete, the steel - polypropylene fiber complex fiber concrete as well as the steel - polypropylene fiber imitate the steel wire complex fiber concrete, has carried on the fiber concrete mixture ratio design, has carried on the experimental design from mechanics performance (cube compressive strength, flexural strength, flexural toughness) and durability (impervious).In the article, it has separately carried on experimental analysis on each performance of fiber concrete, has contrasted the different performance among the plain concrete, the sole fiber concrete as well as the complex fiber concrete, has manifested the superiority of complex fiber concrete, and has carried on the theoretical analysis from the fiber enhancement mechanism aspect, has drawn following experimental conclusion: The performance of fiber concrete must surpass the plain concrete obviously. The fiber promiscuous effect played a very good role, the performance of complex fiber concrete had to surpass the sole fiber concrete. In the complex fiber concrete the steel - polypropylene fiber imitates the steel wire the compound effect to have to surpass the steel - polypropylene fiber compound. The steel - polypropylene fiber imitated the steel wire complex fiber concrete to display the superior mechanics and durability, was an ideal choice of bridge deck pavement material, was the chosen material of next step refinement experiment.河北工业大学硕士学位论文KEY WORDS: complex fiber concrete, steel fiber, polypropylene fiber, polypropylene fiber imitates the steel wire, cube compressive strength, flexural strength, flexural toughness, impervious performanceiii河北工业大学硕士学位论文第一章 绪论§1-1课题的提出及研究的目的和意义1-1-1课题的研究背景桥面铺装层通常由防水层、粘结层和铺装层(沥青混凝土与水泥混凝土) 组成，系直接承受汽车荷载的桥梁表层[1]，除受汽车轮载的直接作用外，还受环境因素(温度、湿度和冬季除冰盐腐蚀等) 的影响，受力状态极为复杂，设计、施工稍有不当，容易造成铺装层的早期病害，影响桥梁的正常使用，情况严重的可能造成较大的经济损失，甚至影响交通运输业的正常发展。

由于桥梁结构的特殊性，据调查，桥面铺装层的损坏率远远超过路面的损坏率，而且维修加固又较困难。

近年来我国公路桥梁建设快速发展，桥梁结构不断创新，大跨度桥梁已经很普遍，但随着交通量和重型车辆的增加, 加之由于铺装层工程量小，又是在主体工程结束以后进行，往往在设计和施工中得不到应有的重视，仍沿用传统习惯的做法, 对桥面铺装层一般不作专门的计算分析, 桥面铺装层所用材料主要是水泥混凝土和沥青混凝土, 这两种铺装层的常规破坏同将其用于路面时的破坏基本一样，这就造成桥面铺装层经常遭到破坏，影响到铺装结构的正常使用，降低其使用性能及使用寿命。

铺装层的损坏不仅妨碍了正常交通，影响了桥面的美观，更容易造成交通事故，同时由于桥梁的特殊性，给维修工作也带来了很大的困难。

桥面铺装的早期损坏已成为影响高速公路使用功能的发挥和诱发交通事故的一大病害。

因此桥面铺装的质量对于桥梁的使用功能有着重要的意义。

桥面铺装层要求具有足够的抗压强度、抗折强度、弯曲韧性等力学性能,同时由于桥梁结构的特殊性，运营中不可避免的外界恶劣环境的影响，铺装层还应具有一定的抗渗、抗冻融、抗腐蚀等耐久性能，同时桥面应该是防水的，防水层与面层需确保在使用期内的强度与稳定性，在设计使用年限内、在正常的使用和维护条件下很好的发挥其性能，减少维修加固次数，降低综合运营成本，达到很好的经济和社会效益。

防止桥梁发生早期病害，尤其是在车辆轮载与温度应力的共同作用下产生裂缝，裂缝的产生不仅影响桥面的美观和行车质量，最重要的是裂缝的产生会导致雨水或其它介质渗入铺装层，在冬季又会出现冻融循环破坏，从而加剧铺装层的破坏。

另外，由于水泥混凝土及沥青混凝土本身材料的性能问题，桥梁运营不了多久就会出现表层混凝土的腐蚀脱落，造成铺装层表面坑洞，从而在外界作用下加剧内部混凝土的病害。

由于桥梁与其接线路段的地基不均匀沉降的原因造成桥头跳车，不但大大影响了行车质量，同时也加剧了桥面的破坏。

由于不均匀沉降造成的裂缝是非常严重的，夏季雨水和其它腐蚀性介质就会侵入，会造成混凝土及其中钢筋的腐蚀破坏，造成结构耐久性降低，如此循环会造成更加严重的后果。

为此，要切实解决好桥头跳车问题，一方面是做好接线路段的地1复合纤维混凝土的试验研究基处理，另一方面就是要加强钢筋混凝土本身的性能，从而来抵御外界各种荷载及环境因素的影响[2,3]。

我国北方地区冬季普遍使用除冰盐来清除桥面上的积冰，在这个过程中，除冰盐中的Cl-随着水分就逐渐渗入到铺装层中，又由于盐水的饱和度大于纯水的，使得混凝土中的孔隙水过于饱和，再经冻胀作用，体积膨胀加剧，更造成了铺装层的早期病害[3～8]。

以上桥面铺装层的病害主要是由铺装层的特殊位置造成了铺装层的受力复杂，再加上混凝土力学性能和耐久性能不足而引起的，正是在这样的背景下，研究铺装层混凝土的力学及耐久性能才显得尤为必要。

1-1-2 研究的目的和意义鉴于普通水泥混凝土桥面铺装层早期较易破坏及对桥面铺装层的特殊功能要求，在做好混凝土抗压、抗折等力学性能的同时，要做好桥面铺装层的耐久性研究工作。

而研究如何提高水泥混凝土桥面铺装层的耐久性，应从抗渗、抗冻融、提高混凝土密实度等几方面考虑。