应力作用下纤维混凝土抗渗特征研究

第１５卷第４期　２０１２年８月　建筑材料字嫩　Ｖｏ　Ｊ．　。　ｏ．４　ｊｏＵＲＮＡＩ　ＯＦ　ＢＵＩＩ　ＤＩＮＧ　ＭＡＴＥＲＩＡＩ　Ｓ　Ａｕｇ．，２０１２　文章编号：１００７—９６２９（２０１２）０４—０４７４　０４　应力作用下纤维混凝土抗渗特征研究　孙家瑛　（１．浙江大学宁波理工学院绿色建材与废弃物资源化研究中心，浙江宁波３１５１００；　２．上海大学土木工程系，上海２０００７２）　摘要：通过试验研究了聚丙烯（ＰＰ）纤维和植物纤维素（ＵＦＰＰ）纤维对受荷混凝土渗透性能的影　响．结果表明：在一定荷载范围内，纤维混凝土的抗渗能力有所提高，当荷裁超过混凝土破坏荷载　３Ｏ　左右时，其抗渗能力随之下降．同时研究了纤维对各龄期混凝土抗氯离子渗透性能及抗冻融　循环耐久性能的影响，并分析了其机理．　关键词：抗渗性能；耐久性；纤维；氯离子渗透性能　中图分类号：ＴＵ５２８．３２　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—９６２９．２０１２．０４．００７　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｅｘｔｅｒｎａｌ　Ｌｏａｄ　ｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ＳＵＮ　Ｊｉａ—ｙｉｎｇ　＇　（１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｇｒｅｅｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　Ｗａｓｔｅ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｒｅｕｓｅ，Ｎｉｎｇｂｏ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｂｏ　３１　５１００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｏ　ｒｅｓｉｓｔ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ａｄｄｉｎｇ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｆｉｂｅｒ　ｔｏ　ｉｔ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ＵＦＰＰ　ｆｉｂｅｒ　ａｎｄ　ｐｏ１ｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ（ＰＰ）ｆｉｂｅｒ　ｏｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｃｅ～　ｍｅｒｉｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｌｏａｄｅｄ　ｂｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈｉｎ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｌｏａｄ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｌｃａｄ　ｅｘｃｅｅｄｅｄ　ｔｈｅ　ｕｌｔｉｍａｔｅ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉＳ　ａｂｏｕｔ　３０％，ｔｈｅ　ｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｍｅ　ｄｏｗｎ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｉｔ　ｗａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｆｉｂｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｒｅｅｚｅ—ｐｒｏｏｆ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｇｅｓ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂｒｉｄｇｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ；ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ；ｆｉｂｅｒ；ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　混凝土具有生产能耗低、工艺简单、成本小、较　耐久、防火、适用性强、使用方便等一系列优点，它是　现代桥梁工程建设中无法替代的主要建筑材料口　］．　混凝土的使用寿命除取决于本身的材质外，还受到　外界因素的强烈影响，使用条件和环境因素可能对　其机体构成威胁．因此，混凝土应具有较佳的抗裂性　能和抗渗透性能．　研究和工程实践表明Ｅ３　４］，在混凝土中掺加一定　性有不利影响还未见报道．本文在纤维提高混凝土　抗裂性能的前提下，研究了它们对混凝土抗氯离子　渗透性能、抗水渗透性能和硬化体孔结构的影响．　１　试验方法　１．１试验原材料　水泥采用海螺牌Ｐ・０４２．５水泥；细集料采用细　度模数为２．５的中砂；粗集料采用５～３８　ｍｍ的石　灰岩；减水剂采用ＳＰ—Ｉ型聚羧酸盐高效减水剂；纤　量的纤维可以明显提其抗塑性开裂能力．然而，纤维　在混凝土提高抗塑性开裂性能的同时是否对其渗透　收稿日期：２０１１　０３—０１；修订日期：２０１１－０３　２３　维采用植物纤维素（ＵＦＰＰ）纤维和聚丙烯（ＰＰ）纤　基金项目：科技部国际合作项目（２０１０ＤＦ２４５９０）；国家自然科学基金资助项目（５０８０８１６０）；宁波市创新团队项目（２０１１Ｂ８１００５）　第一作者：孙家瑛（１９６０），男，上海人，浙江大学宁波理工学院教授，博士．Ｅ—ｍａｉｌ：ｊａｋｙｓ＠１６３．ｃｏｒｎ　第４期　孙家瑛：应力作用下纤维混凝土抗渗特征研究　４７７　表３　２８　ｄ硬化体孔结构参数　Ｔａｂｌｅ　３　２８　ｄ　ｈａｒｄｅｎｅｄ　ｐｏｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　孔隙率是水泥石最重要的孔结构参数之一，其　不仅关系到混凝土的力学性能，而且与抗渗性能密　切相关．试验结果表明，植物纤维素纤维和聚丙烯纤　维的掺量变化对混凝土砂浆２８　ｄ硬化体孔隙率的　影响规律不尽相同，与基准水泥浆体相比，植物纤维　素纤维的掺人使混凝土砂浆的孔隙率下降了２０．８　以上，而聚丙烯纤维只有在其掺量较低（Ｏ．５　ｋｇ／ｍ。）　时，混凝土砂浆的孔隙率才明显低于基准水泥浆，在　其余掺量下，孔隙率明显增加，增加幅度在３６．１８　以上；在相同纤维掺量下，植物纤维素纤维硬化水泥　浆体的孔隙率要比聚丙烯纤维硬化水泥浆体低　４Ｏ．７　以上．这主要是因为植物纤维素纤维在水泥　浆体的拌制过程中容易分散，不易形成多孔隙微界　面，而且其特有的保水性能够在浆体内部相对湿度　降低的情况下，释放水分促进水泥的进一步水化，减　少孔隙数量，从而可以提高混凝土的抗渗性能．　４　施工实例　上海越江通道工程混凝土强度等级为Ｃ４０，混　凝土配合比为：ｍ（水泥＋海工专用掺和料＋Ｉ级粉　煤灰）：　（细集料）：　（粗集料）：　（水）：　（外加剂）一　（１６８＋１５１＋１０１）：７５０：１　０３７：１４３：３．７５，聚丙烯纤维　掺量为０．９　ｋｇ／ｍ。，试验结果见表４．结果表明，掺纤　表４上海长江大桥承台混凝土物理力学性能　Ｔａｂｌｅ　４　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　维混凝土各项力学性能和耐久性能均能满足工程要　求，大体积承台几乎未出现裂缝，工程应用效果　较好．　５　结论　（１）聚丙烯纤维和植物纤维素纤维均能提高混　凝土的抗渗透性能，增加幅度在８Ｏ　以上，其中掺　植物纤维素纤维混凝土的抗渗性能比掺聚丙烯纤维　混凝土提高１３　左右．　（２）在一定荷载范围内混凝土的抗渗能力有所　提高，当荷载超过混凝土破坏荷载３０　左右时，混　凝土的抗渗能力随之下降，而掺入纤维可以提高混　凝土的抗渗转折点强度．　（３）在混凝土中掺人一定量纤维可以提高其早　期抗氯离子渗透能力，但不能提高其后期抗氯离子　渗透性能．　（４）在混凝土中掺入一定量纤维可以大幅度提　高其抗冻融性能和抗碳化能力．纤维对混凝土抗冻　性能和抗碳化能力改善的机理在于混凝土塑性收缩　裂缝的减少和孔隙率下降．　参考文献：　［１］孙伟，钱红萍，陈惠苏．纤维混杂及其与膨胀剂复合对水泥基材　料的物理性能的影响［Ｊ］．硅酸盐学报，２０００，２０（２）：９５　１０４．　ＳＵＮ　Ｗｅｉ，ＱＩＡＮ　Ｈｏｎｇ—ｐｉｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｈｕｉ—ｓｎ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｂｒｉｄ　ｆｉｂｅｒｓ　ａｎｄ　ｅｘｐａｎｓｉｖｅ　ａｇｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉ—　ｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｅｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０００，２０（２）：９５—１０４．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［２］王瑞兴，钱春香，丁庆领．聚丙烯纤维对混凝土性能的改善研究　ＥＪ３．混凝土与水泥制品，２００４（１）：４１—４３．　ＷＡＮＧ　Ｒｕｉ—ｘｉｎｇ，ＱＩＡＮ　Ｃｈｕｎ—ｘｉａｎｇ，ＤＩＮＧ　Ｏｉｎｇ　ｌｉｎｇ．Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｆ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｂｏｕｔ　ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　ｆｉｂｅｒ　０ｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ＥＪ］．Ｃｈｉｎａ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，２００４（１）：４１—４３．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［３］ＴＯＵＴＡＮＪＩ　Ｈ，ＭＣＮＥＩＩ　Ｓ，ＢＡＹＡＳＩ　Ｚ．Ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｍｐａｃｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ——ｆｉｂｅｒ——ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｓｉｌｉｃａ　ｆｕｍｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．ＣＣＲ，１９９８，２８（７）：９６１－９６８．　Ｅ４３孙家瑛．跨海大桥混凝土开裂评价及抗裂措施研究［Ｊ］．公路，　２００８（５）：５９　６２．　ＳＵＮ　Ｊｉａ—ｙｉｎｇ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｍｅａｓ　ｕｒｅｓ　ｏｆ　ｃｒｏｓｓ—ｓｅａ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｈｉｇｈｗａｙ，２００８（５）：５９—　６２．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）