摘要：混凝土結構的早期開裂現象較嚴重，降低了結構的耐久性。聚丙烯纖維的主要作用之一是早期阻裂。本試驗在砂漿中分別摻入聚丙烯纖維長度為3mm、6mm、10mm、15mm和摻量分別為0.5 kg/m3和1kg/m3的纖維，以及不摻纖維的基準試件。試驗表明：隨纖維長度和摻量的增加，能有效的抑制砂漿塑性收縮造成的開裂。
關鍵詞：聚丙烯纖維;砂漿;裂縫;混凝土
1 前言
混凝土由于其抗壓強度高，材料來源廣泛、價格便宜、易澆筑成型等優點，被廣泛應用于房屋建筑工程、道路橋梁工程、碼頭水利工程及水泥制品。但是在混凝土結構中存在一個相當普遍并且嚴重的問題就是結構物的開裂。裂縫嚴重影響了混凝土的耐久性，成了長期困擾工程界的一大問題。
混凝土產生裂縫的原因有多種，尤以塑性收縮變形引起的裂縫最多。塑性收縮大小約為水泥絕對體積的1%。產生原因一是由于混凝土此時出現泌水和水分急劇蒸發，引起失水收縮;二是由于泌水和混凝土內不同顆粒的不均勻沉降，使混凝土與鋼筋之間、骨料與膠結材料之間發生不均勻沉縮變形。混凝土表面在材料硬化前失水收縮引起拉應力，內部的變形由于骨料和鋼筋的約束也會產生拉應力，同時混凝土的早期抗拉強度達不到混凝土收縮所產生的應力，因而出現不可恢復的塑性收縮裂縫。研究砂漿的早期抗裂性能對于研究混凝土的抗裂有重要的意義。實踐證明，聚丙烯纖維的摻入，有利于減少混凝土以及砂漿的早期塑性裂縫。
2 試驗研究方法
2.1 試件尺寸
為使試驗結果具有可比性，聚丙烯纖維砂漿塑性收縮性試驗方法參照美國Wilrick工程[1]與檢測公司和廣州市住宅建設發展有限公司的試驗方法[2]。
試件尺寸為450mm×300mm×20mm。
2.2 試驗方法
在砂漿中分別摻入聚丙烯纖維的長度為3mm、6mm、10mm、15mm的四種、每種纖維摻量為0.5 kg/m3和1kg/m3、以及不摻纖維的基準試件。為了讓砂漿盡快失水產生裂縫，每個試件澆注完畢，將試件移至室外暴露24h，室外相對濕度46%，溫度為23℃。
試驗過程中，連續觀察裂縫開展情況，每條裂縫自出現時起間隔1h、2h、24h測試其寬度和長度。裂縫以肉眼可見縫為準。用鋼尺測量長度，近似取裂縫兩端直線距離為裂縫長度，當裂縫出現明顯的彎折時，以折線長度之和代表裂縫長度。用讀數顯微鏡分度值為0.005mm)觀測裂縫的寬度，取裂縫中點附近的寬度代表裂縫的最大寬度。
2.3 試驗用材料
水泥：選用祁連山牌32.5 P·O，其各項力學性能符合標準要求;
砂：選用連續級配中砂,細度模數2. 80;
聚丙烯纖維：武漢天匯纖維材料有限公司生產的纖維,其性能指標見表1。
表1 聚丙烯纖維的物理性能指標
|
項目 |
密度
kg/m3 ） |
抗拉強度
MPa） |
纖維長度
mm） |
纖維直徑
旦尼爾） |
彈性模量
MPa） |
極限延伸率％） |
泊松比
℃） |
|
指標值 |
0.91 |
560～700 |
4～50 |
15±2
g/9 000 m） |
3 500 |
8 |
0.29～0.46 |
2.4 砂漿配比(見表2)
|
序號 |
纖維混凝土類型 |
纖維長度
mm） |
纖維用量
kg/m3 ） |
水泥：砂子 |
水灰比 |
|
1 |
0/0 基準） |
－ |
－ |
1：3 |
0.5 |
|
2 |
3/0.5 |
3 |
0.5 |
|
3 |
3/1.0 |
1.0 |
|
4 |
6/0.5 |
6 |
0.5 |
|
5 |
6/1.0 |
1.0 |
|
6 |
10/0.5 |
10 |
0.5 |
|
7 |
10/1.0 |
1.0 |
|
8 |
15/0.5 |
15 |
0.5 |
|
9 |
15/1.0 |
1.0 |
表2 砂漿類型及配比
3 試驗結果及分析
3.1 試驗結果
試件暴露24h后，試驗結果列于表3：
|
試驗號 |
纖維質量摻量
kg/m3 |
纖維長度
mm |
裂縫寬度
mm |
裂縫長度
mm |
裂縫面積
mm2 |
1
|
0 |
—
|
1.6 |
400 |
1019
|
|
1.3 |
250 |
|
0.5 |
108 |
2
|
0.5 |
3 |
1.1 |
250 |
602
|
|
0.9 |
290 |
|
0.6 |
110 |
3
|
1 |
3 |
0.8 |
220 |
395
|
|
0.6 |
250 |
|
0.2 |
345 |
4
|
0.5 |
6 |
1.0 |
290 |
563
|
|
0.9 |
245 |
|
0.4 |
130 |
5
|
1 |
6 |
0.6 |
240 |
348
|
|
0.5 |
120 |
|
0.3 |
480 |
6
|
0.5 |
10 |
0.5 |
390 |
273 |
|
0.3 |
170 |
|
0.2 |
135 |
|
7 |
1 |
10 |
0.3 |
240 |
76 |
|
0.1 |
40 |
|
8 |
0.5 |
15 |
0.9 |
200 |
200 |
|
0.5 |
40 |
|
9 |
1 |
15 |
0.05 |
250 |
13 |
表3 聚丙烯纖維砂漿塑性收縮性試驗
3.2 結果分析
結果分析下圖1圖2及表4：
|
裂縫面積降低百分比/% |
3mm |
6mm |
10mm |
15mm |
|
0.5kg/m3 |
40.9% |
44.7% |
73.2% |
80.4% |
|
1.0kg/m3 |
61.2% |
65.8% |
92.5% |
98.7% |
表4 聚丙烯纖維抑制砂漿塑性收縮的效果
由圖1圖2可知，當纖維摻量不變的情況下，隨著纖維長度的增加，抑制砂漿塑性收縮造成的開裂越顯著。由表4可知，當纖維長度不變的情況下，隨著纖維摻量的增加，裂縫的產生越少。其中，當纖維長度為15mm，摻量為1.0kg/m3時，與不摻纖維的砂漿相比裂縫面積降低了98.7%。
4 結論
隨著纖維長度及摻量的增加，砂漿開裂的寬度及面積明顯減少。總之，無論是摻入何種長度和數量的纖維，都顯著改善了砂漿(混凝土)材料的阻裂性能。
[參考文獻]
[1]龔益,沈榮熹,李清海.杜拉纖維在土建工程中的應用[M].北京:機械工業出版社,2002.
[2]沈榮熹.纖維混凝土[M]. 北京:中國建筑工業出版社,1995.
