聚丙烯纖維和膨脹劑對水泥砂漿塑性收縮開裂性能的影響

01、前言

自從有水泥混凝土以來，裂縫問題一直未曾徹底解決，現(xiàn)已成為人們十分關注的熱點。我國解決混凝土裂縫問題的基本技術路線主要有兩條：一是添加膨脹劑配制成膨脹混凝土，二是添加合成纖維配制成合成纖維混凝土。許多應用膨脹劑混凝土的工程較成功地解決了混凝土的開裂問題，但有一些工程并未成功解決，主要是因為膨脹劑混凝土有一定的應用范圍和使用條件，并且需要較為嚴格的養(yǎng)護措施，否則不僅不能防裂，反而有可能使混凝土出現(xiàn)裂縫。對于第二種方法，其研究和工程實踐都相對滯后，但近幾年發(fā)展迅速，在工程中的應用越來越多，有許多成功的實例，當然，也有人對它的阻裂作用提出了質疑。

目前，國際上基本一致的認識是纖維混凝土是提高混凝土抗裂性和韌性的有效方法，尤其是聚丙烯纖維在解決混凝土早期塑性開裂、減少混凝土干燥收縮變形方面具有十分獨特的作用。每立方混凝土中亂向分布有數(shù)千萬根聚丙烯纖維，形成三維有力的空間支撐體系，改善了混凝土的內在品質，使混凝土的抗?jié)B性、抗裂性、韌性、抗沖擊、抗疲勞、抗沖磨性等性能得到顯著提高，延長了結構的使用壽命。

本文運用美國ACI－544大板法，研究了不同摻量、不同長度聚丙烯纖維及膨脹劑對水泥砂漿塑性收縮開裂性能的影響。

02、實驗

2.1原材料

（1）水泥：普通硅酸鹽水泥；

（2）外加劑：凝高效減水劑；

（3）膨脹劑：UEA－I型膨脹劑；

（4）細集料：中粗河砂，細度模數(shù)2.85；

（5）纖維：束狀聚丙烯單絲纖維，長度分別為19mm、12mm；

（6）水：自來水。

2.2實驗方法

大板法

由ACI－544推薦的大板法所用試模的尺寸為：長×寬×厚＝914mm×610mm×19mm

水泥砂漿塑性收縮裂縫試驗過程如下：用手工拌和水泥、砂、纖維以及水約3min，使各成分均勻，將拌和料澆注到平放的木模之中，刮平試件表面后，用位于試模邊150mm的電風扇以4.5m/s左右的風速吹向試模，同時開啟位于試模上方1.5m處的1000W碘鎢燈。試驗前，事先在試模底部鋪設塑料薄膜，以減少底模對試件收縮變形的影響；內框周邊圍以874mm×570mm直徑8mm圓鋼框，鋼筋與模板周邊距離為20mm，鋼筋焊接處用細鋼絲做成約6mm的撐腳，以避免鋼筋與模底接觸。由于水泥與鋼筋粘結良好，砂漿收縮受到鋼筋限制，在產(chǎn)生收縮時試塊周邊的移動減至最小，因此裂紋只在鋼筋架范圍內產(chǎn)生約束力。貴州聚丙烯纖維

在水泥終凝前觀察裂紋的產(chǎn)生。光照4h后關掉碘鎢燈，風吹24h后關閉電風扇。試驗采用Kraai關于計算開裂指數(shù)的方法，把裂縫寬度分為4級，分別有對應的代表值。采用讀數(shù)顯微鏡測量裂縫寬度，并按裂縫寬度分段測量裂縫長度Li，以列出的裂縫寬度權值Ai，按式（1）計算塑性干縮開裂總權重值W：

                                              W＝ΣAi·Li（1）

W反映了裂縫的總權重值，以mm2計。

03、結果與討論

試驗測得的砂漿（1d）塑性干縮開裂總權重值W。纖維砂漿的試件表面的塑性收縮裂縫分布廣而微細，而素砂漿的裂縫比較寬，而且較長，說明纖維砂漿的抗裂性能有了明顯的改善。

3.1纖維體積摻量的影響

可以發(fā)現(xiàn)，纖維體積摻量為0.05％時，與素砂漿（S0）相比，其裂縫減少分別達到33.49％（纖維長度19mm）和30.35％（纖維長度12mm）；纖維體積含量為0.15％時，其裂縫減少分別達到76.18％（纖維長度19mm）和70.86％（纖維長度12mm）；隨著纖維摻量的增加，開裂指數(shù)大幅度下降，其裂縫的趨勢是由寬到窄，由大到小，即大裂縫逐漸減少，小裂縫逐漸增多?？梢娋郾├w維在低含量的范圍內可有效地控制砂漿塑性裂縫的產(chǎn)生，降低裂縫的寬度。這主要是因為纖維在砂漿中呈三維亂向分布，當砂漿中一旦有裂縫產(chǎn)生時，纖維與裂縫的前端相交，可以削弱甚至消除裂縫引起的拉應力，使裂縫的發(fā)展得到有效的控制。

3.2纖維長度的影響

對比不難看出長纖維（19mm）控制砂漿塑性裂縫的效果比短纖維（12mm）稍好一些，但權重值對比百分比相差都在7％以下。這是由于纖維長度的增加提高了纖維與水泥砂漿基體的粘結力，因此增強了水泥砂漿的塑性抗裂能力。

3.3膨脹劑的影響

膨脹劑的加入，在低纖維摻量（0.05％）時，其控制砂漿塑性裂縫的效果較高纖維摻量（0.15％）大。對比可以看出，在低纖維摻量（0.05％）時，膨脹劑的加入，砂漿塑性裂縫減少約25％～30％；在高纖維摻量（0.15％）時，膨脹劑的加入，砂漿塑性裂縫僅減少約5％～10％。膨脹劑的阻裂作用是膨脹劑與水泥通過化學反應生成膨脹性的鈣礬石晶體，以膨脹受約束而產(chǎn)生的壓應力抵消了部分因干縮而產(chǎn)生的拉應力。從上面的試驗也可以看出，纖維含量對控制砂漿塑性裂縫的影響大于膨脹劑的影響。

3.4纖維和膨脹劑的共同影響

在以上試驗中，同時摻入了聚丙烯纖維和膨脹劑，聚丙烯纖維和膨脹劑的正疊加效應對水泥砂漿的抗裂作用更有效。

04、結論

（1）聚丙烯纖維可以明顯改善水泥砂漿的抗裂性能，且纖維摻量越大，阻裂效果越好。

（2）長纖維（19mm）比短纖維（12mm）對水泥砂漿的阻裂作用有效一些。

（3）聚丙烯纖維和膨脹劑一起摻入水泥砂漿，在合適的條件下，貴州聚丙烯纖維其疊加效果更加好。