聚丙烯纤维再生混凝土（共8篇）
聚丙烯纤维再生混凝土 篇1
废弃混凝土块经破碎、分级并按一定的比例混合后形成的骨料称为再生骨料或再生混凝土骨料, 利用再生骨料代替部分或全部天然骨料配制的混凝土, 称为再生骨料混凝土, 简称再生混凝土[1,2]。目前, 再生混凝土在我国的应用主要集中在刚性路面上[1,2,3], 并且大部分国外学者把对再生骨料和再生混凝土的研究重点放在基本力学性能上, 并且已有成功应用于刚性路面以及建筑结构物的例子[4,5,6,7,8,9,10], 再生混凝土技术的应用会带来明显的社会、环境和经济效益, 但是往往被认为是发展绿色生态混凝土的主要措施之一[11,12]。国内外对于再生混凝土柱力学性能的研究已相当多[13]。然而, 再生混凝土的内部存在着一定的缺陷, 使其强度和韧性都有所降低, 为了弥补这些缺陷, 在再生混凝土中加入一些短纤维, 可有效改善这些缺陷[14]。聚丙烯纤维具有耐酸碱性好、不吸水、质量轻的特性, 在混凝土配合比不变的条件下, 在混凝土中加入聚丙烯纤维能有效提高其韧性和强度[15], 抗压强度是混凝土最基本的力学性能之一, 本文通过改变再生骨料掺入量、纤维长度, 进行柱轴心抗压强度的对比试验研究, 试验证明了掺入纤维的再生混凝土柱的抗压强度相对于普通混凝土要有所提高。
1 试验简介
1.1 试件尺寸和有限元模型
此次试验采用的是ABAQUS有限元模拟软件, ABAQUS是一套目前用于实际工程模拟有限元分析, 具有强大功能的有限元软件, 是国际上公认的用于研究分析有限元的最先进的软件之一。模拟试验的短柱尺寸选择为200 mm×200 mm×800 mm, 混凝土设计强度采用C40, 钢筋采用HRB400, 再生混凝土掺入量为100%;纤维长度为19 mm, 纤维体积掺量分别为0, 0.08%, 0.12%, 0.16%, 配合比见表1, 共做4个试件, 对其进行轴心压力, 分组情况见表2。
有限元模型见图1, 网格划分采用的是ABAQUS中的一种C3D20R单元来进行模拟混凝土材料, 它可以很好的模拟出混凝土在复杂应力状态下的破坏形态。
1.2 本构关系
聚丙烯纤维再生混凝土的本构关系由试验做出, 进行修正后绘制成曲线, 如图2所示。
2 模拟试验结果与分析
2.1 承载力变化
从表3中的数据对比分析可知, 再生混凝土柱的承载力在掺入了聚丙烯纤维后有了明显的提升, 体积掺入量为0.08%时, 轴心受压承载力增加了26.7%, 体积掺入量为0.12%时, 轴心受压承载力增加了37.88%, 体积掺入量为0.16%时, 承载力增加了30.59%, 相比较而言, 体积纤维掺量在0.12%时轴心受压承载力提升最高, 超过0.12%后承载力略有下降。0.08%和0.16%时的极限承载力相差不多, 说明0.12%是体积掺入量的一个峰值。
2.2 轴心受压挠度分析
从图3中可以看出, 聚丙烯纤维再生混凝土柱在受到轴心压力时, 构件的极限挠度均小于1 mm, 当掺入的纤维体积量改变时, 极限挠度的变化不是很大, 不掺纤维时, 极限挠度最大, 掺入0.12%时的极限挠度值最小。不掺纤维时, 再生混凝土的挠度变化最快, 当纤维掺量为0.12%时, 再生混凝土的挠度变化最慢, 即在再生混凝土中添加聚丙烯纤维时, 随着纤维体积掺量的增加, 混凝土的极限挠度减小, 达到0.12%时, 挠度最小, 随着纤维掺量的增加混凝土挠度变化减慢, 当达到0.12%时, 混凝土的挠度变化最缓慢, 之后, 继续增加纤维, 挠度变化速度增加。
3 结语
1) 掺入聚丙烯纤维可以有效提高再生混凝土极限承载力。掺入聚丙烯纤维后, 随着纤维掺入量的增加, 聚丙烯纤维再生混凝土的极限承载力增大, 当纤维体积掺量继续增加后, 聚丙烯纤维再生混凝土极限承载力下降或者增长趋势有所减弱。当掺入量达到0.12%时, 极限承载力有所下降或者增加趋势有所减弱。
2) 聚丙烯纤维再生混凝土的荷载—挠度曲线随聚丙烯纤维的掺入量增多而减小, 与普通混凝土的荷载—挠度关系是一致的。随着聚丙烯纤维掺入量的增加, 挠度曲线变化越来越慢, 当纤维体积的掺量继续增加到0.12%时, 荷载—挠度曲线变化达到最小。
摘要：对聚丙烯纤维再生混凝土柱进行了研究, 从柱的受压性能方面进行了论述, 并采用ABAQUS有限元模拟的方法, 对极限承载力和荷载—挠度曲线进行了分析, 得到了柱的承载力变化和荷载—挠度关系。
关键词：聚丙烯纤维,再生混凝土,有限元,承载力
聚丙烯纤维再生混凝土 篇2
【关键词】聚丙烯复合纤维；混凝土；水利工程；施工技术；应用
沿海混凝土结构是水工建筑物的重要组成内容之一，对建筑物起着基础性支撑作用。但由于是水工建筑物长期侵泡在水中，很容易受到氯盐、水分等物质的侵蚀，降低建筑物混凝土结构的耐久性，导致混凝土结构发生损坏，进而影响水工建筑物的整体质量。为此，在水利工程施工中，一定要想办法做好混凝土结构施工质量的控制，尽量减少钢筋和混凝土结构腐蚀，全面确保水利工程的质量和性能。
一、聚丙烯复合纤维混凝土的性能
考虑到水利工程在长期使用中容易发生腐蚀，危害工程混凝土结构质量，导致混凝土裂缝产生，所以在实际施工中，为了降低混凝土结构病害概率，切实提高水利工程混凝土结构质量，必须采用性能较为优良的聚丙烯复合纤维混凝土，利用该种混凝土复合材料来施工工程，切实保障水利工程混凝土结构质量，延长其使用寿命。聚丙烯复合纤维混凝土材料的性能包括：
1、延性、耐久耐磨性优良
与普通混凝土材料相比，聚丙烯复合纤维混凝土的延性、耐久性、耐磨性以及抗冲击性更好，能在水环境中获得更长的使用寿命。另外，聚丙烯复合纤维掺入混凝土，形成聚丙烯复合纤维混凝土材料之后，能进一步增强混凝土的早期抗拉强度，有效避免混凝土结构裂缝产生，使混凝土结构的抗渗性、抗裂性、抗磨损性都得到很大程度上的提高。
2、双组分纤维
聚丙烯复合纤维是一种双组分纤维，由聚丙烯和聚脂两种材料共同组成。复合纤维的芯为聚脂，外部用聚丙烯材料作包裹，这样的复合方式能让混凝土结合得更好，进而达到增强聚丙烯复合纤维混凝土耐久性的目的。除此之外，由于聚丙烯复合纤维在混凝土中的比重大于了10，所以该纤维在混凝土中的分散性比其他纤维更好，更易得到保证。
二、聚丙烯复合纤维混凝土在水利施工中的应用
为了探讨聚丙烯复合纤维混凝土的施工特点，笔者现以某水利工程施工为例，对该工程施工中所应用到的聚丙烯复合纤维混凝土技术作详细论述。
1、工程简介
某水利工程施工總面积为676㎡，工程建设目的在于围涂造地，开发水产养殖。该工程建成之后能有效提高该地区的防水防洪能力，促进该地区城市化发展。构造上，工程由南北直堤、顺堤、水闸和围区等多个配套项目共同构成，且为了能成分满足水产养殖要求，施工人员在建设时分别在工程的南北围区设置了3座排水节制闸，用来控制工程南北围区的排水情况。
2、聚丙烯复合纤维混凝土的应用方案设计
为了进一步提高工程质量，增强工程中海堤延伸段栅栏板混凝土结构的抗裂抗渗性，尽量延长栅栏板的是使用寿命，在施工时利用聚丙烯复合纤维混凝土材料代替传统混凝土，在栅栏板预制和现浇混凝土工艺中加入了聚丙烯复合纤维，然后加以施工。
聚丙烯复合纤维具有良好的混凝土性能改造功能，掺加如混凝土中后能对混凝土性能进行重塑，与水泥材料相容，改善混凝土性能，并保证混凝土材料的无毒性与环保性，为栅栏板施工质量提供有力保障。聚丙烯复合纤维的掺入并不会影响混凝土的配合比。按照相关技术规范，该项水利工程在施工时以C3O2作混凝土，配合比控制为水泥：砂：碎石=1：0.47：1.74：3.37，平均每立方米混凝土掺入重量为0.9千克的聚丙烯复合纤维。下图是掺入混凝土中的聚丙烯复合纤维性能指标示意图。详细见表1。
理论而言，聚丙烯复合纤维混凝土在施工之前应该对聚丙烯复合纤维的抗拉强度、弹性模量等性能参数进行试验，但考虑到该试验的操作难度较大，且浪费工时，所以试验临时取消。但工程施工中所用聚丙烯复合材料的质量是有所保障的，施工中涉及到的产品质量均合格，技术指标能满足工程施工要求。
本工程进行了纤维抗裂性能的纤维混凝土收缩裂缝试验，该试验主要检测纤维降低混凝土早期收缩裂缝的有效性。试验方法按《纤维混凝土结构技术规程（CECS38：2004）》附录，试验中纤维混凝土和对比用的基体混凝土各2组，试验所得限裂等级应达到一级要求。纤维在混凝土拌和物中分散性检验在确定施工工艺参数（主要是混凝土搅拌时间和水灰比）时检测一次即可，分散性不再检验，施工过程中须按此确定的参数施工。工程施工前，对混凝土进行了掺和不掺聚丙烯复合纤维的对比试验，试验结果见表2。
根据试验结果得到，在普通混凝土中掺入聚丙烯复合纤维后，聚丙烯复合纤维会降低混凝土的坍落度，但仍能较好地满足施工要求；聚丙烯复合纤维对不同龄期的混凝土强度会有一定的降低，但是降低的幅度较小，不会显著影响混凝土的强度。
3、施工工艺
（1）混凝土搅拌、振捣以及浇筑时，安排专门的工作人员在混凝土中掺加聚丙烯复合纤维。纤维的掺加应尽量安排在混凝土干料添加之前。要严格控制纤维的掺加量，尽量保证混凝土配合比不会发生变化。
（2）拌和时间适当延长，比普通混凝土延长30～60s，以保证纤维能在混凝土中混合均匀。
（3）纤维混凝土拌面压光较普通混凝土费工，压光一般需二次完成。为避免将纤维勾出，混凝土出模后压面时尽量利用钢或铁质抹子。
（4）混凝土养护同普通混凝土一样。
4、工程效果
本工程聚丙烯复合纤维混凝土的施工实践表明，聚丙烯复合纤维经过一段时间的充分搅拌后，完全可以搅拌均匀，纤维不打弯，不结团，施工方便，不需要改变原来的配合比，能较好地提高混凝土的抗压强度、抗渗性和耐久性，同时可以有效的降低成本。
三、结束语
与普通混凝土相比，聚丙烯纤维混凝土具有减少干缩裂缝产生，提高抗冲击力，提高抗渗性，易施工，节省养护及维修费用，适用性广泛，使用效果显著等优点，在水利工程中得到了广泛的应用。
参考文献
[1]田泽成.聚丙烯纤维混凝土在甘肃省水利水电工程局文体广场地坪中的应用[J].甘肃农业，2006（03）
[2]危加阳.改性聚丙烯纤维混凝土的性能及其在水利工程中的应用[J].甘肃水利水电技术，2006（02）
聚丙烯纤维再生混凝土 篇3
聚丙烯纤维再生混凝土是一种掺入少量短切聚丙烯纤维并以建筑垃圾制成的再生砖块作为骨料的新型生态复合材料。再生混凝土中掺入聚丙烯纤维可有效抑制混凝土的塑性收缩开裂,改善其抗渗、抗冻和抗蚀等性能。使用再生砖作为骨料,有效利用了建筑垃圾,达到了生态节能环保的效果,具有广阔的发展前景。
目前对纤维混凝土基本力学性能的研究趋于成熟[1,2,3],但其损伤本构模型的研究成果较为薄弱。基于此,本实验着重研究聚丙烯纤维再生混凝土的损伤本构模型,根据试验测得的峰值应力、峰值应变和初始弹性模量推导出其单轴受压损伤本构方程和损伤演变方程;并基于双剪统一强度理论推导聚丙烯纤维再生混凝土的双剪损伤本构方程,建立其损伤本构模型从单轴到双轴的转化方法。
1 实验
1.1 试验简介
试验共设计5组试块,每组3个,试块尺寸为150mm×150mm×300mm,配合比如表1所示。试验中用位移计测纵向变形,采取双面中心对称布置方式,运用动态应变仪采集试验数据。由于在棱柱体抗压试验时,普通的液压式材料试验机只能获得应力-应变曲线的上升段,所以为了获得稳定的应力-应变全曲线,采用电液伺服阀控制的刚性试验机直接进行试件等应变加速加载。
1.2 试验结果
对所得数据进行整理,将所得试验数据转化为标准形式,再排除差异较大的点,最后将每组试验所得数据绘制成应力-应变曲线。由于在试验的过程中存在误差及混凝土的离散型等不可抗拒的因素,在每组3个试件中挑选出试验效果最好的曲线列于图1。
从图1中可以看出,聚丙烯纤维再生混凝土的应力-应变全曲线与普通混凝土的全曲线形状类似,都具有明显的上升段和下降段,且都是单峰值曲线。
各组棱柱体的单轴受压应力-应变曲线上的特征点试验值如表2所示。
2 单轴损伤本构模型的建立
实验证明[4,5]混凝土类材料的非线性是由材料内部微裂缝的演变和塑性屈服流动这两大主要的能量耗散机制导致的。塑性流动会产生不可恢复的塑性变形,微裂缝扩展则引起混凝土的刚度降低和应变软化。国内外学者[6,7,8]基于连续介质力学以加入损伤变量的本构模型来反映材料的这种不可逆的损伤演变过程。
2.1 损伤本构模型
法国著名学者Lemaitre教授提出应变等效原理[9]:在单轴受力状态下,受损材料的任何应变本构关系可以从无损材料的本构方程导出,只要用损伤后的有效应力来取代无损材料本构关系中的名义应力即可。根据这一假说,可得到受损材料的本构方程,即:
式中:σn为有效应力;E为无损材料的弹性模量。
有效应力与Cauchy应力之间的关系为:
式中:σn为有效应力;σ为Cauchy应力;D为损伤变量。
由式(1)和式(2)得:
故损伤本构方程为:
2.2 损伤本构模型推导
Weibull分布目前被广泛应用于机械、化工、电气、电子、材料等实际工程的研究。根据混凝土岩石等材料受力变形全曲线的变化特点认为准脆性材料细观非匀质的力学性能服从Weibull分布。因此,根据材料的全应力-应变曲线的特征,可以选择Weibull分布的密度函数模拟全应力-应变曲线。
因为材料的强度服从Weibull统计分布,可以认为材料的损伤参数D也服从该统计分布,由二参数的Weibull分布得:
式中:ε为应变;a、b为尺度参数和形状参数,均为非负数。
将式(5)代入式(4)可得:
根据应力应变曲线的特点,损伤本构方程(式(6))需满足以下条件:1σ=0,ε=0;2ε=0,dσ/dε= E;3ε=εｃ,σ=σｃ;4ε=εｃ,dσ/dε=0。其中εｃ、σｃ和E分别表示峰值应变、峰值应力和初始弹性模量。
由式(6)对应变求导得:
式(6)满足条件1,式(7)满足条件2。
将条件4代入(7)得:
由于E≠0,exp[-(εc/a)b]≠0,则[1-b(εc/a)b]=0,可以得到:
由式(9)整理可得:
将式(10)代入式(6)并由条件3整理可得:
所以纤维再生混凝土单轴受压状态下的损伤本构方程和损伤演变方程分别为:
式中:a、b的值如式(10)和式(11)所示。
从式(12)和式(13)中可以看出,纤维再生混凝土的损伤本构方程和损伤演化方程都只与材料本身的峰值应力、峰值应变和初始弹性模量有关,只需试验测出这3个值就可求出纤维再生混凝土的损伤应力-应变曲线和损伤演变曲线。
2.3 试验曲线与理论曲线的对比分析
根据试验所测的峰值应力、峰值应变和初始弹性模量得到纤维再生混凝土单轴受压状态下的损伤本构方程及损伤演变方程,其模型参数测定值如表3所示,损伤本构方程及损伤演变方程如表4所示。
图2为单轴受压状态下的聚丙烯纤维再生混凝土不同纤维体积率试验实测应力-应变全曲线和采用表4本构方程所得的理论曲线比较图。
由图2可得,选用的损伤本构模型与试验结果拟合较好,模型曲线在峰值应力之前与试验曲线几乎重合,峰值应力之后开始出现偏差。聚丙烯纤维再生混凝土的应力-应变曲线下降段反弯点之前选用的本构模型曲线与试验曲线还具有较高的拟合度,下降段反弯点之后模型曲线的应力值迅速下降,出现了应力跌落的现象,应变增长到一定的程度,应力趋于零,而试验曲线的下降速度却明显慢于模型曲线。造成这种现象的原因主要是,在下降段曲线中,混凝土的损伤值超过了某一临界限值之后,损伤快速增长,材料的力学性能快速劣化,进一步产生大量新损伤,使承载力迅速下降。
3 双剪损伤本构模型
Loland、Mazars等[10,11]学者提出了各向同性损伤本构模型,Sidoroff利用能量等价原理提出了一种各向异性脆弹性本构模型[12]。而后不同的学者也建立了各种不同的损伤演化方程,如Brooks模型[13]、高路彬模型[14]等。这些模型在单轴拉压状态下得到了较好的试验验证,但有关多维状态下的模型尚待完善。
本研究采用Brooks模型的演化方程形式和Mazars模型的三维推广思路,并且考虑压应变对损伤的贡献,建立了聚丙烯纤维再生混凝土的双剪应变损伤理论,大致包括3个部分,即初始损伤面的形状、损伤演化方程的形式及损伤本构方程的建立。
3.1 双剪统一强度理论
俞茂宏以双剪单元体[15]为力学模型,考虑作用于双剪单元体上全部应力分量以及它们对材料破坏的不同影响,建立适用于任何材料的双剪统一强度理论[16]。所采用的双剪单元体力学模型如图3所示。
这种单元体是一种扁平的正交八面体,在它们两组相互垂直的各4个截面上作用着最大主切应力τ13和次大主切应力τ23或τ12,以及其上对应的正应力σ13和σ23或σ12。双剪统一强度理论定义为:作用于单元体上的两个较大主切应力以及相应的正应力影响函数达到某一极值时,材料发生破坏。其表达式为:
式中:β和C分别为统一强度理论中两个材料参数,可由单压和单拉应力应变曲线确定,且0≤β≤1。
3.2 双剪应变损伤面
根据上述双剪强度理论,并考虑到聚丙烯纤维再生混凝土的拉压特性,材料的双剪应变损伤面可表示为:
式中:。其中α=ε0t/ε0c、ε0t、ε0c分别为单拉和单压情况下的损伤应变阈值,ν为泊松比。
代入化简,得到用主应变表示的聚丙烯纤维混凝土的初始损伤面为:
由以上分析可以看出,初始损伤面方程考虑了3个主应变的影响,同时具备了聚丙烯纤维混凝土材料由单轴损伤到三维情况推广的基础,而且考虑了其拉压强度差效应,此方程表达的物理意义就是聚丙烯纤维混凝土从弹性进入塑性阶段的界限。
3.3双轴损伤本构模型建立
根据Mazars多维损伤本构模型的思路,当损伤为各向同性损伤时,混凝土类材料的损伤本构方程可以表示为:
式中:D为损伤变量,σij、εij为应力张量和应变张量。
根据Brooks模型损伤演化方程的特点,构造D的演化形式为:
式中n、k由材料的单轴拉伸曲线确定:
n′、k′由材料的单轴压缩曲线确定:
式中:σut、εut分别为聚丙烯纤维再生混凝土单拉应力-应变曲线的峰值应力和峰值应变,σuc、εuc分别为聚丙烯纤维再生混凝土材料单压应力-应变曲线的峰值应力和峰值应变,并且取其绝对值代入,E为弹性模量,并假设拉压两种情形下E值相等。
因此,双轴状态下聚丙烯纤维再生混凝土的本构关系可以完整地表示为:
由式(22)和式(23)可以看出,只要给出了聚丙烯纤维再生混凝土的单轴压缩和单轴拉伸情况下的应力-应变曲线,就可以确定其损伤演化方程中参数n、k、H的值,进而确立基于双剪统一强度理论的损伤演化方程的显示表达式,从而预测多轴情形下材料的损伤本构关系,具有十分重要的理论意义。
4 结论
(1)基于Weibull分布理论和Lemaitre等效应变假定原理,推导出聚丙烯纤维混凝土单轴受压损伤本构模型,根据试验数据,确定了模型参数,建立了聚丙烯纤维再生混凝土的单轴受压损伤本构方程。
(2)根据建立的损伤本构方程作出理论曲线,并与试验曲线进行对比分析,发现两者具有较好的拟合度,证明了提出的损伤本构模型的准确性。
(3)基于双剪统一强度理论,采用Brooks模型的演化方程形式和Mazars模型的三维推广思路,推导出聚丙烯纤维再生混凝土的双剪损伤本构模型,提出纤维混凝土损伤本构模型从单轴到双轴的转化方法,具有重要的理论实际意义。
摘要：基于Weibull统计分布理论和Lemaitre等效应变假定原理,推导出聚丙烯纤维再生混凝土单轴受压损伤本构模型,对聚丙烯纤维再生混凝土进行单轴受压试验,根据试验数据,确定了该模型参数,通过试验曲线和模型曲线的对比分析发现两者拟合较好。基于考虑中间主应力、拉压性能影响的适用于任何材料的统一强度理论,推导出聚丙烯纤维再生混凝土的双剪损伤本构模型,建立了纤维混凝土损伤本构模型从单轴到双轴的转化方法。
聚丙烯纤维再生混凝土 篇4
在工程实际中，再生混凝土的合理有效利用，不仅节省了大笔的垃圾清运处理费用，同时还可减轻对环境的二次污染。但是，由于再生骨料的混凝土强度较天然骨料混凝土的低，而且再生混凝土容易开裂，影响了再生混凝土的应用。如果能有效地提高再生混凝土的抗裂性能，其应用必将越来越广泛[1]。
随着时代的发展和技术的进步，纤维混凝土的应用越来越受到人们的关注[2]。但就目前情况来看，聚丙烯纤维在再生混凝土中的应用还不是很普遍，并且在工程的实际施工中也没有对其进行充分的观察和研究，各种研究资料也不完善，尤其是对聚丙纤维再生混凝土的中长期性能研究鲜有报道。同时，以往采用劈拉试验反映出来的混凝土的抗裂性能也不是很准确。
鉴于上述情况，本研究通过聚丙烯纤维再生混凝土平板试验，研究并分析了聚丙烯纤维对再生混凝土中长期抗裂性能的影响。
1试验方法与过程
1.1试验方法
(1)试验用材料：水泥、砂、碎石块、再生骨料、水、聚丙烯纤维。
(2)再生混凝土配合比：具体配合比见表1。本试验中，纤维的掺入采用外掺法。
(3)试验装置
试验装置见图1和图2。试件上部设有风扇，风速为5m/s。环境温度保持在20℃±2℃，试件内外温差控制在5～20℃，湿度控制在65%以内，试件上方设置碘钨灯照烤。
(4)试件制作：再生混凝土试件为片面薄板[4],尺寸为600mm×600mm×63mm，使用槽钢制作，模具边框大小为63mm×40mm×6.3mm，里面设有两排Ø6间距40mm的锚钉。以20mm厚的密度板作为底板，在底板上放聚乙烯薄膜隔离层，在其底膜下设置木方横肋，成型模具见图3。
1.2试验过程
(1)将砂、石、纤维、水泥，放入强制式搅拌机中干搅拌1～2min，使原料均匀混合，然后加水湿拌2～3min。
(2)搅拌完成后即可成型试件，试件成型需经过浇捣、振实、抹平等工序，试件成型后要将塑料薄膜覆盖于试件表面，2h后取下塑料薄膜并进行试验，试验环境温度保持在20℃±2℃，湿度不大于65%。
(3)试件根据聚丙烯纤维的掺量共分为5组，分别对其进行编号，见表2。按组分别试验不同试件在180d内的中长期抗裂效果。
(4)试件成型后，在环境温度20℃±2℃，且湿度65%以内的环境下做吹风试验，风速大小控制在5m/s左右，风向最好与试件平行，24h后观察试件的裂缝数量、长度、宽度等。中长期抗裂试验吹风形式稍微不同，采用的是隔天吹风试验，风速与风向与早期抗裂试验相同，时间为每天持续6h。与早期抗裂试验不同的是，在试件上方放有碘钨灯照烤，为了符合室外楼板环境，试件内外温差控制在15～20℃。分别观察试件28d、60d和120d龄期时的裂缝数量、长度、宽度。
(5)裂缝的测量方法
采用裂缝测宽仪测量裂缝的宽度，裂缝最大宽度取裂缝中点附近为代表，以肉眼可见裂缝做为裂缝的长度标准，裂缝长度近似取裂缝直线距离。当裂缝弯折不直时，取其折线长度之和计算。
(6)裂缝总面积计算
裂缝面积用式(1)计算。
式中，Acr—试件裂缝名义总面积，mm2;
ωimax—第i条裂缝名义最大裂缝宽度，mm;
li—第i条裂缝长度，mm。
(7)计算裂缝降低率η
裂缝降低率按式(2)计算。
式中，Amcr—纤维再生混凝土试件;
Amc—不掺纤维的再生混凝土试件。
2结果与分析
(1）聚丙烯纤维对再生混凝土早期抗裂性能的影响[4]
图4为不掺纤维试件和掺加0.6kg/m3纤维再生混凝土试件的裂缝情况。从图4可以明显看出，掺加聚丙烯纤维的再生混凝土平板(C组)试件表面发青，且光滑而平整，而未掺纤维的再生混凝土平板(A组)试件颜色暗淡且表面有裂纹。这说明掺入聚丙烯纤维后，再生混凝土试件的早期抗裂性能有较大程度的提高。
(2）聚丙烯纤维对再生混凝土中长期抗裂性能的影响
聚丙烯纤维再生混凝土试件中长期抗裂性能试验结果见表3和图5。由表3可以看出，龄期对纤维再生混凝土裂缝有很大影响，在相同聚丙烯纤维掺量的情况下，随着龄期的不断增长再生混凝土的裂缝降低率逐步提高。由表3还可以看出，在龄期相同的情况下，随着聚丙烯纤维掺量的增加，试件的裂缝降低率逐步提高，并且掺量到达1.0kg/m3时最为明显，当聚丙烯掺量在1.0～1.2g/m3之间时，裂缝降低率明显提高，说明其防裂效果显著增强。
分析以上试验结果可知，聚丙烯纤维可抑制再生混凝土长期裂缝的发展，对试件的抗裂性能有明显的提高作用。
由图5可以看出，聚丙烯纤维再生混凝土中长期抗裂效果随着纤维掺量的增加而呈现直线上升趋势。分析180d龄期试件可知，当聚丙烯纤维掺量为0.6kg/m3时，试件的裂缝降低率已经达到36%，当聚丙烯掺量达到1.0kg/m3时，裂缝降低率可达到73%。但如果继续增加掺量，裂缝降低率的增加就不是很明显了。因此，聚丙烯纤维掺量要适当，控制在1.0～1.2kg/m3之间为宜。
3结论
(1)随着聚丙烯纤维掺量的增加，再生混凝土的早期防裂效果增强显著，当聚丙烯纤维掺入量达到0.6kg/m3时，防裂效果已经表现得相当明显。当纤维掺量达到1.0kg/m3时，防裂效果非常显著。而继续增加纤维掺量，对再生混凝土试件的防裂效果增强不明显。因此，聚丙烯纤维的最佳掺量为1.0～1.2kg/m3。
(2)中长期抗裂试验研究表明,当聚丙烯纤维掺入量一定时，再生混凝土的裂缝降低率会随着龄期的增加而增加。
(3)相同龄期情况下，再生混凝土的裂缝降低率随聚丙烯纤维掺入量的增加而提高，尤其是在掺量在1.0～1.2kg/m3时，裂缝降低率提高很明显，防裂效果显著增强。
(4)聚丙烯纤维无论是对再生混凝土的早期防裂，还是中长期裂缝控制都具有非常好的效果。
摘要：通过聚丙烯纤维再生混凝土平板试验,分析研究了聚丙烯纤维对再生混凝土中长期抗裂性能的影响。实验结果表明,掺一定量的聚丙烯纤维对再生混凝土的中长期抗裂性能有很大的提高。
关键词：聚丙烯纤维,再生混凝土,中长期抗裂性
参考文献
[1]徐卓,龙帮云.开发利用再生混凝土走可持续发展的道路[J].中外建筑,2004(2):197-199.
[2]田洪臣,段绪胜,王福忠,等.建筑垃圾的综合应用[J].山东农业大学学报:自然科学版,2006,37(1):109-112.
[3]李学英.改性聚丙烯纤维混凝土的性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2003.
[4]傅春松.聚丙烯纤维对现浇混凝土楼板非荷载裂缝影响的试验研究[D].南宁:广西大学,2006.
聚丙烯纤维混凝土的性能和应用 篇5
1 聚丙烯纤维混凝土的工作机理
聚丙烯纤维是一种经特殊工艺进行纺丝、切断、亲水处理后生产的高强度束状单丝纤维,它主要通过改变混凝土的物理力学性能来达到改变混凝土内部结构的效果。聚丙烯纤维并不改变混凝土中各种材料的化学性能和构成,且与混凝土有良好的亲和性,可以很好地与混凝土材料混合,而且能够在混凝土中均匀分布。由于聚丙烯纤维同混凝土中水泥基体有紧密的结合力,能在混凝土中形成一种均匀的乱向支持体系,所以它掺入混凝土能产生有效的三维加强效果,就像在混凝土中加入了大量的微小细筋从而提高了混凝土的整体性。
聚丙烯纤维掺加在混凝土中,以阻止混凝土裂缝的产生和发展为主要表征,实际上由于低弹性模量的纤维掺加在相对高弹性模量的混凝土中,作用的实质是最大可能地降低了混凝土的脆性,从而解决了混凝土因脆性引起的容易开裂的先天不足。聚丙烯纤维本身具有一定的抗拉强度和拉伸率,其在混凝土中的乱向分布有助于减弱混凝土的塑性收缩;它使收缩能量被分散到混凝土中具有高强度低弹性模量的纤维上,使纤维吸收部分能量,从而极大地提高了混凝土的韧性,抑制了微细裂缝的产生和发展。
同时,由无数根纤维在混凝土内部形成的支撑体系,可以有效地防止混凝土骨料的离析,降低混凝土早期的泌水性,也促使混凝土的级配更加均匀稳定,即可减少或防止混凝土在浇筑后早期硬化阶段,因泌水和水分散失而引起塑性收缩和微裂纹;也可以减少和防止混凝土硬化后期产生干缩裂缝及温度变化引起的微裂纹,从而改善混凝土的防渗、抗裂、抗冲击及耐磨等性能。
2 聚丙烯纤维混凝土的主要性能
在混凝土里掺加一定量的聚丙烯纤维后,聚丙烯纤维在混凝土内形成了一种加强系统,大大地改善了普通混凝土的性能。
1)提高了混凝土的抗裂性。塑性状态的混凝土强度极低,而刚浇灌后的混凝土,常常表面失水较大,使混凝土发生塑性收缩而出现裂缝。硬化的混凝土由于存在干燥收缩、温度收缩及碳化收缩,内部会产生各种收缩拉应力,当混凝土结构内产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土就会产生大量裂缝。而聚丙烯纤维加入混凝土后,就有大量的单丝纤维均匀地分布于混凝土中,并在混凝土内部构成了均匀的三维乱向支撑体系,从而使收缩变形引起的微裂缝,在产生过程中遭遇到纤维的阻挡,能量被消耗后微裂缝就难以进一步发展。
2) 提高混凝土的抗渗性。掺入聚丙烯纤维可大幅度提高水泥基材的抗渗性。掺加大量纤维, 可有效抑制早期干缩裂纹及连通裂缝的产生, 减少了收缩裂缝; 均匀分布且彼此相粘连的大量纤维同时起到了骨料的作用, 阻断了混凝土中的毛细管, 使水分迁移困难,大大提高了混凝土的抗渗能力。
3) 提高混凝土的均质性。混凝土在浇灌后,常常会发生离析现象,即比重较大的骨料下沉与水泥砂浆有所分离,同时混凝土表面出现析水,并因此降低了混凝土的均质性,使混凝土上、下部位的性能出现差异,严重时还会使混凝土出现裂缝。而在混凝土中掺加适量聚丙烯纤维后,均匀分布于混凝土中的纤维,可以起到承托作用并阻止上述离析现象的发生,从而保证了混凝土的均质性。
4) 提高混凝土的抗冲击。聚丙烯纤维的弹性模量较低, 其断裂伸长率大于混凝土的断裂伸长率, 故纤维的掺入提高了混凝土的延性, 改善了混凝土的变形性能,而且聚丙烯纤维增强了混凝土介质的连续性,减小冲击波被阻断引起的局部应力集中现象。当混凝土受冲击荷载作用时,纤维起到了阻止混凝土中裂缝扩散与发展的作用,从而改善了混凝土的整体性能,使混凝土的抗疲劳性有很大增强。
5) 聚丙烯纤维混凝土除了组成材料水泥浆体和粗细骨料对耐磨性的贡献外, 纤维的阻裂效应, 使混凝土在磨损过程中始终保持其整体性。纤维的连接作用又使骨料之间不致于破损, 保证了聚丙烯纤维混凝土内部结构的连续性, 而材料的整体性直接增强了其抵抗微切削磨损破坏的能力, 因此, 聚丙烯纤维掺入混凝土中, 对于提高混凝土本身的耐磨性有很大帮助。
6) 聚丙烯纤维混凝土的抗压强度与普通混凝土相当,抗弯强度因混凝土的延性提高而有一定的增加。纤维对混凝土的力学性能的最大改变,不是旨在提高其抗压、抗弯等强度指标,而是极大限度地提高了混凝土的断裂能、延展性。
3 聚丙烯纤维的掺量
目前还没有相应的技术规程,工程应用也尚处于探索阶段,因此还没有形成具体的掺量理论根据。但是,从设计和施工角度来考虑必须要有量化的指标。另从混凝土的工作性方面来考虑,还要考虑适应施工的有关要求。作者根据国内外工程实验及工程实践结果总结,试验结论数据聚丙烯纤维的体积掺量为0.05%~0.1%;实际工程的应用过程中,每m3混凝土聚丙烯纤维的体积掺量0.5~1.5 kg,且都得了良好的工程效果。一般来说,对抗裂、抗渗、耐磨要求高的部位,掺量相对高一些。
从现有的研究和工程实践来看,在一定的掺量范围内,都不同程度地改变了混凝土的性能,而不会对混凝土有不利的作用。决定纤维掺量的最可靠办法是应工程目的进行试配,认真进行比较。尤其是大型工程的结构性部位应用更要认真、慎重进行纤维多种掺量的试配和性能比较,从而选择最佳方案。
4 聚丙烯纤维混凝土的应用实例
1)Syp迁建工程熔化地坑,占地面积4 080 m2,长85 m、宽43 m,不设伸缩缝;地下水为地面下0.5 m,混凝土的环境温度最高为150 ℃。熔化地坑深10.5 m,底板厚1.4 m,壁板厚0.6 m,壁板间距4 m设有1 m×2.4 m的扶壁柱。为了克服地坑底板因混凝土浇筑长度较长、体积较大所引起的收缩变形和温度变形而形成的裂缝问题,并为能提高混凝土的抗渗性能,设计中比较并最终选用了聚丙烯纤维混凝土的方案。底板每m3混凝土中掺加0.9 kg聚丙烯纤维, 壁板每m3混凝土中掺加0.6 kg聚丙烯纤维。工程实际情况表明, 整个大面积的底板及壁板未发现明显的裂缝、效果良好。
2) 浙玻成品库超长楼面,楼面面积12 420 m2,楼面长172.5 m、宽72 m,楼面活载30 kN/m,考虑走5 t叉车。楼面纵向柱距7.5 m,框架梁截面400 mm×1 250 mm;横向柱距9 m,框架梁截面400 mm×1 350 mm;楼板厚140 mm。为满足实际使用的要求,超长结构未采取设伸缩缝的方案,而采取了聚丙烯纤维混凝土并辅助间距40 m左右设置2 m宽的膨胀加强带的方案,同时也解决了楼面走叉车而需要耐磨的要求。此工程取得了良好的使用效果。
3) 太仓新天地商业广场地下室基坑支护的面层采用了喷射聚丙烯纤维混凝土,比较类似工程采用喷射普通混凝土的方案,用普通混凝土经常会出现裂缝、渗水,甚至出现面层破裂脱落等不利情况,给施工带来很大的不便和损失。而采用喷射聚丙烯纤维混凝土在施工中未发生不利的情况,效果非常好。
5 结 语
大量的工程实践及试验研究表明,低掺率的聚丙烯纤维混凝土综合性能优于普通混凝土,可以满足某些特殊工程的需要,聚丙烯纤维在混凝土中以物理方式发挥作用。因此,它能够用于任何工程场合,尤其适用于防水混凝土、大体积混凝土,高强混凝土等,可以广泛应用于地下工程、水利水电工程、公路工程及有抗渗、抗裂要求的工程。聚丙烯纤维混凝土的配制是在混凝土中掺加聚丙烯纤维,掺加量小、成本低、操作简单、易行,具有明显的技术、经济效益;聚丙烯纤维材料也安全无害、质量性能可靠,在工程建设领域可以得到广泛的推广和应用。
参考文献
[1]沈荣嘉.纤维混凝土[M].1995.
聚丙烯纤维再生混凝土 篇6
一般情况下, 纤维不会明显改变混凝土的自由收缩, 然而当混凝土中的纤维掺入量足够高时, 能增强混凝土的抗裂能力和裂缝宽度。
1 聚丙烯纤维混凝土
聚丙烯纤维及聚丙烯纤维混凝土:
近几年来, 应用化学纤维掺于混凝土以提高混凝土性能的技术, 已引进世界工程界的关注, 化学纤维中, 尤以质优、价廉的聚丙烯纤维应用最为广泛, 聚丙烯由于能够均匀分散在混凝土中, 化学性质稳定、施工简单, 在国际上已得到广泛的应用, 在国内的混凝土工程中也逐渐为人们接受, 而聚丙烯作为一种新型的混凝土增强纤维, 已赢得了混凝土的“次要增强筋”的美称。聚丙烯纤维是采用纤维级聚丙烯为原料, 经特殊工艺加工处理而形成的高强度束状单丝有机纤维。用于建筑工程的产品是经过特殊的生产工艺及表面处理, 确保产品在混凝土中具有极好的分散性及与混凝土集料的握裹力, 其主要技术指标见表1。
聚丙烯混凝土最重要的特征是其优异的耐久性。与单一强度指标相比, 耐久性则是个非常复杂的问题, 它涉及的内容和影响因素很多。聚丙烯混凝土的高耐久性可以减少结构的维修与翻新, 从而达到节约资源、节约材料、节约人工的目的。
2 聚丙烯纤维混凝土的性质
2.1聚丙烯纤维混凝土具有更良好的抗裂性能, 同常用的钢纤维相比, 聚丙烯纤维的特点是细度高 (当量0.02～0.01mm) , 数量多 (常用的0.9kg/m3的掺量充分分散可获得700～3000万根纤维单丝) 。这些特使聚丙烯纤维能有效限制早期 (塑性期和硬化初期) 混凝土由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂缝的发生和发展, 减少原生裂隙的数量和尺度, 从源头上阻止混凝土的破坏或是性能劣化。试验表明, 同普通混凝土相比, 体积掺量0.05%的美国杜拉纤维混凝土的抗裂能力提高了近70%。
2.2聚丙烯纤维混凝土具有更良好的抗渗性能在混凝土中掺入适量的聚丙烯纤维后, 能有效抑制混凝土贯通裂缝的产生。另外, 均匀分布在混凝土中彼此相粘连的、乱向分布的大量聚丙烯微纤维对混凝土中的骨料起到了“承托”的作用, 降低了混凝土表面的泌水与集料的离析, 从而使混凝土抗渗性能成反相关关系的50～100nm和>100nm的有害孔隙的含量大大降低。试验表明, 纤维含量为0.5kg/m3, 0.7kg/m3和1.0kg/m3的聚丙烯纤维混凝土抗渗能力分别比素混凝土提高64%、73%和75%。不同纤维掺量下混凝土的渗透系数见表2。
2.3聚丙烯纤维混凝土具有更良好的抗冻性能在混凝土中加入聚丙烯纤维, 均匀细密的乱向支撑纤维丝可以缓解混凝土冻融时因温度变化而引起的混凝土内部应力的作用, 阻止温度裂缝的扩展。按混凝土抗冻试验法, 经过25次反复冻融, 聚丙烯混凝土试件无分层与龟裂等现象产生, 表明在混凝土中掺入适量的聚丙烯纤维可作为一种有效的混凝土温差补偿抗裂手段。
2.4聚丙烯纤维混凝土具有更良好的抗冲击性能聚丙烯纤维在混凝土内部构成均匀的乱向支撑体系有助于提高混凝土受冲击时动能的吸收。聚丙烯纤维刚度较低, 传递荷载的能力差, 能有效减少裂隙尺度, 增强材料介质连续性, 减少了冲击波被阻断引起的局部应力集中现象, 同时, 聚丙烯纤维还有效约束裂缝的扩展。试验表明, 较低掺量的聚丙烯纤维对混凝土的静态抗压强度无显著影响, 但能有效提高混凝土的抗冲击性能;如果以混凝土的冲击韧性W为指标进行评价, 掺入混凝土体积含量0.1%～0.2%的聚丙烯纤维能使混凝土的抗击能力提高5倍以上;如果以初裂后的ΔW为指标进行评价, 聚丙烯纤维体积率为0.1%和0.2%时, 能使混凝土的裂后抗冲击能力分别提高2.62倍和3.83倍 (注:冲击韧性W和ΔW, 是指试件破坏过程吸收的全部冲击能量和初裂后能够继续吸收的冲击能量) 。
3 聚丙烯纤维混凝土应用存在的问题
聚丙烯纤维混凝土在我国应用广泛, 但是目前还存在一些问题应引起重视。
3.1缺少国家技术规程。聚丙烯纤维混凝土目前在我国不同类型工程和不同地区气候条件下的应用实践中取得了一定成功, 被证实是一种有效的建筑材料。但由于聚丙烯纤维的生产属于化纤行业, 而使用者为建筑工程界, 对化纤生产、产品质量、技术要求是生疏的, 无法从直观上判断纤维的优劣, 因此纤维的抗拉强度、伸展极限、握裹力等内在质量需要靠工程实践来证阶段, 造成具体到某工程的掺量差异的理论根据不足, 决定纤维掺量还需要现场临时试配, 给经验欠缺的工程技术人员带来操作难度, 也不利于稳定工程质量。
3.2宣传上的误导。部分厂商出于商业利益的考虑, 在宣传聚丙烯纤维加入混凝土的作用的时候存在片面性, 使有的工程技术人员认为添加了纤维就不会有裂缝而忽视正常养护, 其后果也是可想而知的。
3.3某些聚丙烯纤维材料在添加上要求苛刻, 比如在混凝土掺合过程中不允许出现絮状结团, 否则其效果将大受影响。而我国目前建筑施工企业在施工管理上还比较粗放, 建筑工程施工人员素质普遍不高, 在大规模施工使用合成纤维混凝土, 如果操作不当, 容易主观影响合成纤维混凝土的配制以及使用效果。
4 结论
在混凝土中添加适量的聚丙烯纤维是克服混凝土开裂的有效途径。纤维在混凝土中形成的乱向支撑体系, 产生了一种有效的二级加强效果, 能够有效地减少混凝土的早期泌水, 降低混凝土中的孔隙率, 并且减少混凝土的早期干缩、塑性裂缝, 阻止混凝土发生沉降裂缝, 因而能较大幅度地提高混凝土的抗渗性、抗裂性。
参考文献
[1]钱觉时.混凝土设计与控制[M].重庆:重庆大学出版社, 2005.
[2]黄承逵.纤维混凝土结构[M].北京:机械工业出版社, 2004, 74
[3]孙家瑛.混杂聚丙烯纤维混凝土性能研究[J].混凝土, 2003 (11) :16-20.
聚丙烯纤维再生混凝土 篇7
聚丙烯混凝土作为巷道喷层, 能够有效解决混凝土的开裂问题。它的主要原理是, 混凝土中的水泥充当胶凝材料来握裹纤维, 纤维起到了相当于微细配筋的作用, 与此同时也损耗了混凝土变形开裂的能量、提高了混凝土的韧性、充当了骨料并且降低了混凝土的离析泌水, 由此来控制水泥基体内部微细裂缝的产生和扩散, 从而使得混凝土的抗裂性能得到了提高。纤维混凝土还有较强地抵抗变形的性能, 让围岩压力得到充分的释放, 发挥了锚喷支护体系的力学机能[1]。
1 聚丙烯纤维混凝土的增强机理
纤维间距理论 (纤维阻裂理论) 和复合材料理论是目前最主要的纤维对水泥基体增强作用理论的学说, 这两种理论从不同方面将纤维对混凝土的增强作用做了解释, 但是结论是相同的。
纤维阻裂理论通常又被称作“纤维间距理论”。此理论根据的是线弹性断裂力学中阐述的纤维对裂缝的发生和发展所起到的约束能力。纤维间距理论中还阐述了混凝土内部存在的固有弊端, 若想提高强度, 则必须尽可能地降低混凝土的缺陷程度, 以此来提高材料的韧性 (即抗变形能力) 和降低混凝土内部缝隙端部的集中应力系数[2]。如图1所示。
纤维间距理论, 是指当纤维均匀地分布在混凝土块体之中时, 纤维可以起到阻碍块体内部微缝隙发展的作用。若混凝土块体内部有发生微裂缝的倾向, 当任何一条微缝隙产生并且有可能向任意方向延生时, 这条缝隙在最大程度上不会越过纤维混凝土块体内的纤维平均中心距s, 即在s的长度范围内就会遇到一条横亘在它前方的纤维。同时也由于这根纤维的存在, 使得微缝隙的延伸受到了阻力, 只能在混凝土块体的里面形成相当于无孔洞的封闭空腔或者是内径十分小的孔隙[3]。
2 巷道喷层支护理论
对煤矿软岩井巷的无支护围岩和喷射厚混凝土支护的围岩进行的非线性的有限元分析如图2所示。
喷射混凝土之后, 巷道无支护位移减少了很多, 并且围岩塑性区尺寸的范围也跟着稍微缩小, 体现了支护结构对围岩的支护能力, 巷道周围的切向应力也相应的有所增加。这有助于提高巷道围岩的稳定性, 同时封闭喷锚也使喷层与围岩的应力相结合, 起到了相互传递以及承载的作用。
喷涂层是薄壳的结构, 具有极大的灵活性, 并且靠近岩块可以充分利用周围的地面耐压力作用下的岩石, 成为支撑的支护结构, 局部围岩变形的支撑结构的支撑力是岩体围岩方向变形引起的, 如图3。设荷载为均匀变化, 可知道最主要是受压或者是剪切破损。与传统支护受弯破坏相比, 它更能体现出喷层的承载能力。喷射混凝土起到了降低应力集中及使分离岩块重新连结起来的作用, 它能填满缝隙的孔穴。
岩块的岩石与岩石之间, 互相镶嵌在一起, 块状围岩的破坏往往是从个别危岩地方开始, 然后再逐渐破坏。于是, 要保持围岩总体的稳定性, 只有即时和有效地避免部分危岩的脱落。目前, 在这个过程中只有喷射混凝土的力学性能才可以满足这一要求[4]。
如图4, 当运用喷射混凝土支护来防止围岩脱落时, 喷层有可能出现“冲切”的破坏现象;也可能会因粘结力不足而导致喷层和岩面脱离的粘结破损。
依据冲切破坏和粘结破坏的理论计算, 可知30 mm厚的喷射混凝土就可以预防一块椎体每边长都为2 m、重量为3.6 t岩石的滑落。依据表1, 可得喷射混凝土的厚度不相同, 对应的破坏荷载也有变化, 厚度越厚, 所能承受的荷载能力也就越大。由此可以得出, 喷射混凝土所做的喷层防止围岩下滑的能力是非常强的。
研究者们最近几年的成果认为:
1) 巷道断面的形态、岩体的结构和岩石的性质、支护的特性等多方面因素, 决定了围岩塑性区和破坏区的形态。但在不同条件下的围岩塑性区, 由于其相互切割塑性滑移曲线, 在其他的塑性区, 特别是较大的位置和重力的方向, 塑料滑动楔形成相似。这样就扩大了应用范围的剪切破坏理论。
2) 支护结构的支撑失效形态, 不应该将支撑结构的损伤和巷道围岩自身的破坏相混淆, 应力状态应该主要取决于自身的受力状态。国内外大量实践以及试验、实验的数据表明, 喷层的损坏一般是由于受到较大的切向压的应力和径向的应力。喷层通常不单单出现剪切破坏, 往往是压缩和剪切破坏共同作用。
喷层对围岩变形有明显的抑制作用, 将受到较大的切向压应力, 使得应力圆增大的直径和喷射混凝土强度的包络线相切, 从而破坏剪切力值, 导致喷层受压缩和剪切两种破坏。
3) 结构的柔性喷层调整方便而且具有相对均匀的压力, 也使喷层在压缩和剪切破坏中失效。
这些结果, 显示的是软岩的力学效应, 使我们对软岩喷射混凝土的力学作用有一个更全面的了解。软岩井巷的喷层主要受到“剪切破坏”与“压剪破坏”。
在矿井地质构造带中, 由于围岩松散无自稳能力, 经常发生冒顶、垮落, 特别是断层破碎带表现更明显。将喷射混凝土在没有自我稳定、无承载能力的自然崩落并且松动的岩石上喷射, 不仅可以防止岩石继续下降, 喷层和松动岩体形成稳定的“拱”的承载能力的联合, 也被称为“双重结构”, 松散岩体属于负载, 在轴承体, 可利用和发挥松动岩体的残余强度。
喷射混凝土作用于松散岩石实验得出的实验结论, 表明实验形成双层复合拱所具有的承载能力和单一的混凝土拱比较增加了1~4倍, 松散岩最初加载到轴承体[4]。
3 结论
本文研究了聚丙烯纤维混凝土喷层的受力机理及力学性能现状, 得出如下结论:
1) 与普通混凝土相比, 掺加了聚丙烯纤维后使混凝土的抗拉强度、抗劈裂性能、抗折强度及抗渗性能都有所提高, 但弹性模量有所下降;
2) 与普通混凝土相比, 聚丙烯纤维的混合降低了喷涂层的刚度, 有效地减少混凝土裂缝的产生, 提高材料介质的连续性, 使局部应力集中现象, 可减少片帮、顶板掉块等现象;
3) 聚丙烯纤维拥有良好的离散性, 不需改变原混凝土配比, 施工工艺简便, 与普通混凝土喷层相比, 聚丙烯纤维混凝土拥有较强的粘性, 降低了回弹量, 增加一次喷射厚度, 大大地提高了工作效率。
4 展望
喷射聚丙烯纤维混凝土是一种新型的复合材料, 由于不增加施工难度和工程造价, 其优良的机械性能和可靠的质量将赢得越来越多的岩土工程建设者的广大群众的青睐, 在煤矿巷道锚杆的应用前景十分广阔。
摘要：煤矿巷道锚喷支护工程已经广泛地运用于喷射混凝土, 通过研究锚喷加固机理可以得知, 导致锚喷支护失效的主要因素为普通混凝土喷层的极限变形量和巷道围岩的变形量不一致, 喷层施工后很短时间内就会出现裂缝, 并且逐渐丧失其对围岩的封闭和支护作用。本文所研究的理论对改善锚喷支护结构的性能, 提高锚喷支护的技术具有重要的指导意义。
关键词：喷射混凝土,聚丙烯纤维混凝土,支护结构
参考文献
[1]陈小芳.聚丙烯纤维混凝土力学性能试验研究及其在锚喷支护中的应用[D].淮南:安徽理工大学, 2009-04-10.
[2]龚洛书.混凝土使用手册[M].2版.中国建筑工业出版设社, 北京:
[3]龚益, 沈荣熹, 李清海.杜拉纤维在土建工程中的应用[M].北京:机械工业出版社, 2002:17-20
聚丙烯纤维再生混凝土 篇8
1 聚丙烯纤维混凝土的性能
1.1 力学性能及疲劳性能
聚丙烯纤维的存在能较大地增强混凝土的柔韧性和抗冲击性,从而增加混凝土的抗破碎性。聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土的抗冲击能力提高1倍,柔韧性提高38%。当聚丙烯纤维掺率在0.5%≤ρf≤1%范围时,纤维掺量的变化对静力弹性模量没有太大的影响,但疲劳变形模量则随着掺率增大而增大,说明对动力荷载作用下的结构物,聚丙烯纤维能发挥更大的效果。聚丙烯纤维混凝土在一定程度上能提高混凝土的抗弯强度。纤维含量在1%～2%的聚丙烯纤维混凝土抗弯强度是普通混凝土的20倍～25倍。总之,聚丙烯纤维的掺入有效地提高了混凝土的冲击韧性、初裂后继续吸收冲击能的能力和延长混凝土的疲劳寿命、提高混凝土在疲劳过程中刚度的保持能力。
1.2 抗渗透性能
聚丙烯纤维混凝土的龟裂效果比普通混凝土高出90%～100%。这是由于纤维的存在,降低了水分在混凝土中的迁移性,减少了泌水和体积变化,减少了混凝土的塑性收缩,从而减少或消除裂缝的产生;同时,由于纤维在混凝土中是均匀分散的,减少了混凝土内部由于干缩和自收缩所产生的微裂纹,即使是在内部有原始裂纹的存在,由于纤维的存在,阻止了裂纹的进一步扩展,从而阻断了水分的渗透,提高了混凝土的耐久性能。聚丙烯纤维是一类惰性材料,其不吸水,不与酸碱发生作用,加入混凝土后,不会使原混凝土的水胶比及混凝土本身的性能发生变化,保证原混凝土的稳定性。在混凝土中掺入一定比例的改性聚丙烯纤维,可以明显改善混凝土的抗渗性能,而且掺入纤维的比例越高,抗渗性能改善越明显。聚丙烯纤维混凝土良好的抗渗性能对延缓渗水、防止潮湿和有害介质对混凝土和钢筋的侵蚀起到良好作用,从而延长结构物的寿命。
1.3 抗冻融性能
混凝土的抗冻融性能是耐久性的表征,也是寒冷地区混凝土所必需的性能要求。掺少量短切聚丙烯纤维的混凝土按混凝土抗冻试验法,经25次反复冻融,无分层与龟裂等现象发生。究其原因,由于纤维在混凝土材料内部各方向上的随机均匀分布,对材料整体产生微加筋作用,缓解了温度变化而引起的混凝土内部应力的作用,阻止了温度裂缝的扩展;同时,聚丙烯纤维混凝土抗渗能力的提高也有利于其抗冻能力的提高。
1.4 高温爆裂性
高性能混凝土由于其组成决定了它一般都具有较高的密实度,这一特性对于提高建筑物的耐久性来说是很有利的,但对于建筑物的防火来说,则有不利的一面,因为一旦建筑物发生火灾,致密的混凝土将使得建筑物内的水蒸气和热量无法排出,从而引起构件爆裂剥落,强度降低,严重的则会引起建筑物的倒塌。若在高性能混凝土中掺入聚丙烯纤维,当温度超过了聚丙烯纤维的熔点165℃时,混凝土内的聚丙烯纤维熔化挥发逸出,并在混凝土中留下了相当于纤维所占体积的孔道,这对于建筑物内由于温度升高所产生的水蒸气和热量的排出都是很有利的,由此亦改善了高性能混凝土的耐高温性能。
2 聚丙烯纤维混凝土的应用
2.1 混凝土路面工程
用聚丙烯纤维混凝土作公路和飞机场跑道面,可有效控制路面的塑性龟裂,抗冲击破碎和抗磨损能力提高1倍,抗疲劳性能增加3倍,使混凝土路面的完好性延长5a～10a。以聚丙烯纤维混凝土取代金属网作公路、桥梁路面的加强结构,成功解决了桥面混凝土容易产生裂缝的难题并解决了无休止翻修问题。郑州一新建路面出现严重断裂,用聚丙烯纤维修复7天后通车。另外,河南等省也用聚丙烯纤维混凝土修高等级公路或隧道混凝土面层,以保证混凝土最大限度的耐久性。
2.2 水工建筑物
现代水利工程要求水工混凝土具有优良的抗渗、防裂、耐磨、抗冲击韧性和耐久性等高性能。聚丙烯纤维特性可显著改善水工混凝土的上述性能,在水利工程中有广泛的用途。三峡工程为解决夏季施工出现的混凝土早期表面龟裂,按混凝土体积的0.1%掺量在混凝土中加入聚丙烯纤维,经比较对照混凝土,混凝土强度(特别是早期强度)和抗冲磨性提高,改善混凝土的抗渗性,在水胶比0.35不掺粉煤灰的情况下,纤维混凝土各龄期抗压强度都比对照混凝土有较大增长,特别是3天抗压强度可以提高大约20%,劈裂抗拉强度可以提高10%;轴拉强度的增加率甚至高于劈裂抗拉;显著减少抗冲磨混凝土塑性裂缝和早期干缩裂缝,对尚处在塑性状态和硬化后的混凝土有很好的阻裂作用。宁波白溪水库二期工程采用聚丙烯纤维混凝土浇筑面板坝获得成功,总浇筑面板33块,面积近10 000 m2。
2.3 工业与民用建筑
建筑工程中常用混凝土预制构件、预制管道等采用纤维网混凝土后,能明显提高构件、预制管道的坚固性。特别指出在运输和安装过程中,因纤维网混凝土提高了抗震和抗破损能力,减少的损失比加入纤维网增加的费用要合算得多。广州新中国大厦结构总层数为56层,其中地下室为5层。为了克服地下室底板因混凝土浇筑长度较长、体积较大所引起的收缩变形和温度变形而形成的裂缝问题,设计中比较了目前应用的最多的地下室底板防裂防渗的处理方法;微膨胀防水混凝土、聚丙烯纤维混凝土及在混凝土中加设钢网的方案。最后选用了在C60混凝土掺加0.08%的聚丙烯纤维的方案,并针对聚丙烯纤维混凝土的特点,施工中全底板均采用了这种混凝土。实际情况表明,整个大面积的底板未发现明显的裂缝、效果良好。在西安市南大街地下商业街、重庆市重点项目重庆市世界贸易中心地下停车场地坪和朝天门广场17 000m2光景台工程等众多工程中,聚丙烯纤维混凝土的使用都取得了成功。
大量工程实践证明,混凝土中掺加聚丙烯纤维能大大提高混凝土的抗裂、抗渗、抗腐蚀等性能,提高混凝土的韧性和使用寿命,具有良好的经济效益和社会效益,值得广泛推广。(下转第175页)(上接第171页)
3 应用聚丙烯纤维混凝土应注意的问题
1)由于混凝土中的纤维吸附了一定水分,从而导致混凝土坍落度降低,在相同掺量的条件下,纤维细度越大,表面积越大,坍落度损失越大,故应根据纤维细度调整用水量或减水剂用量。
2)改性聚丙烯纤维的工作温度要求在-25℃以上,其冻脆温度在-35℃～-45℃,经常处于冻脆区间时,改性聚丙烯纤维的分子链将发生断裂,使纤维丧失原有的功能。
3)选择纤维时,必须特别注意所选用纤维的物理力学性能、化学稳定性、耐老化性、亲水性和中水分散性是否满足工程需要,以免影响混凝土品质。
摘要：分析了聚丙烯纤维的特点、性能以及聚丙烯纤维增强混凝土的作用机理。阐述了聚丙烯纤维混凝土在混凝土的耐久性能和物理力学性能方面的改善规律及在工程当中应用。
关键词：聚丙烯纤维,多缝开裂,纤维改性,混凝土
参考文献
[1]鞠丽英,张雄.聚丙烯纤维混凝土的性能及应用[J].合成纤维工业,2004(1):35-37.
[2]李卫东.聚丙烯纤维混凝土的性能试验研究[J].国外建材科技,2004(3):18-19.
[3]龚益,沈荣熹,李清海.杜拉纤维在土建工程中的应用[M].北京:机械工业出版社,2002.
[4]陈拴发.聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳性能[J].西安公路交通大学学报,2001(2):18-20.
[5]曹诚,等.聚丙烯纤维混凝土动力学特性的影响研究[J].混凝土,2000(5):43-45.