纤维对高性能混凝土抗冻性能的试验分析

发布时间：2021-08-31所属分类：免费文献浏览：1118次

摘 要： 上海纺织科技

《纤维对高性能混凝土抗冻性能的试验分析》论文发表期刊：《上海纺织科技》；发表周期：2021年04期

《纤维对高性能混凝土抗冻性能的试验分析》论文作者信息：曹景( 1976—) ，女，河南省遂平县人，硕士，高级工程师，主要研究领域为混凝土材料相关方向。

　　摘 要: 严寒地区混凝土结构常会遭受冻融破坏，为提高混凝土的抗冻性，选择两种掺合料掺入混凝土中，研究其弯曲强度、 位移和弹性模量的变化。通过试验得出: 随着冻融次数的增加，矿物掺合料混凝土的弯曲强度和弹性模量逐渐下降，硅灰-木纤维和硅灰-棉纤维-木纤维混凝土的位移逐渐下降，而硅灰-棉纤维混凝土的位移逐渐上升，说明硅灰-棉纤维-木纤维试件的抗冻性能最强。这是因为棉纤维虽然活性较低，但由于其颗粒形状不规则，从而能够填充混凝土之间的空隙，而木纤维具有较高的活性，能够加快水泥水化速度，两者结合使得混凝土的抗冻性能提高。测试结果表明，复掺混凝土的抗冻性能比单掺混凝土好。

　　关键词: 木纤维; 棉纤维; 混凝土; 配合比; 抗冻性能

　　Abstract: Concrete structures in severe cold areas often suffer from freezethaw damage. In order to improve the frost resistance of concrete, two kinds of admixtures are added to concrete to study the changes of flexural strength, displacement and elastic modulus. The test results show that the flexural strength of mineral admixture concrete decreases gradually with the increase of freeze-thaw times, and the displacement of silica fumewood fiber and silica fume-cotton fiber-wood fiber concrete decreases gradually, while the displacement of silica fume-cotton fiber concrete increase gradually. It indicates that the frost resistance of silica fume-cotton fiber-wood fiber specimens is the strongest, because although cotton fibers have low activity, thev could fill the voids between concrete due to the irregularity of their particle shape.Wood fiber has high activity, which could accelerate the hydration of cement. The combination of wood fiber and cement could improve the frost resistance of concrete. It is concluded that the frost resistance of concrete with compound admixture is better than that of concrete with single admixture.

　　Key words: wood fiber; cotton fiber; concrete; mixing ratio; frost resistance

　　混凝土结构是目前应用最广泛的建筑结构之一，不同地区混凝土结构受到的外界影响因素差异较大。以北方为例，混凝土常遭受冻融荷载的破坏，因此提高混凝土抗冻性能是混凝土耐久性研究的热点之一。

　　丁向群等[1]测试了混凝土受冻前后的抗压强度和质量损失。朱新钊等[2]提出温度应力是混凝土冻融破坏的重要原因之一。张淑文等[3]综述了碱激发胶材混凝土的抗冻性有关研究结果。李云峰等[4]通过试验得出随着掺量增加，混凝土的抗冻性及抗压强度逐渐增强。肖琦等[5]分析了纤维对混凝土抗冻性能的影响，并提出解决办法。邱继生等[6]研究了不同掺量的钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能。赵雨等[7]对再生保温混凝土和普通混凝土的抗冻性能进行了对比研究。韩古月等[8]得出再生粗骨料品质与掺量对再生混凝土抗冻融性能的影响规律。安新正等[9]利用含砖粒制备再生混凝土，并测试其抗冻性能。肖巍等[10]通过试验得出混凝土抗冻性能随水泥用量的增加而提高，但水泥超过一定量后其抗冻性能反而下降。

　　上述学者通过采用不同的掺合料，并以不同的比例掺入得到了混凝土抗冻性能的演变规律并给出了最佳配合比。木纤维和棉纤维具有产量大，价格低，性价比高等特点而被广为使用，但在混凝土中的使用较少。本文以这两种材料为原料，以不同配合比掺入混凝土中，分析掺合料混凝土的弯曲强度、位移和弹性模量的变化，为高性能混凝土的研制提供借鉴。

　　1 材料与方法

　　1.1 材料 采用惠州市鼎合泰实业有限公司生产的 PO52.5水泥，其化学成分为 SiO2 21.34%、CaO 60.22%、Al2O35.09%、MgO 4.16%、Fe2O3 4.37%、SO3 4.82%。

　　试验采用由广州市荔湾区伟华建材有限公司生产的硅灰粉，长兴群丰钙业有限公司生产的棉纤维和浙江嘉和纤维材料有限公司生产的木纤维。

　　3 种矿物掺

　　合料总量为30%，分别选择3种配合比进行试验，见表 1。

　　1.2 试验方法

　　根据 DL /T 5433—2009《水工碾压混凝土试验规程》，待每个试块养护后进行冻融循环试验，TDR-1 型冻融循环试验仪由天津市惠达实验仪器有限公司提供。在每 20 次循环后测量其相对弹性模量和损失率，KSTD-20 型动弹仪由沧州路达建筑仪器制造有限公司提供。在冻融循环试验后，对试件进行抗弯性能和位移测试，WDW 型电子万能试验机仪器由北京中航时代仪器设备有限公司提供。

　　2 试验结果

　　2.1 弯曲强度

　　冻融次数与弯曲强度的关系见图 1。

　　从图 1 可以得出: 试件 1# 在冻融前弯曲强度为3.78 MPa，而冻融 60 次后为 3.01 MPa，冻融100次后为 2.32 MPa; 试件 2#在冻融前弯曲强度为 4.31 MPa， 冻融60次后为 3. 51 MPa，冻融100次循环后为2.68 MPa; 试件 3#在冻融前弯曲强度为 4.12 MPa，冻 融 60 次后为 3.41 MPa，冻融 100 次后为 2.72 MPa。可以看出，随着冻融次数的增加，矿物掺合料混凝土的弯曲强度逐渐下降。其中试件 3#的强度损失率最小，说 明试件 3#的抗冻性能最强。这是因为棉纤维虽然活性较低，但由于颗粒形状不规则，从而能够填充混凝土之间的空隙。木纤维具有较高的活性，能够加快水泥水化速度，两者结合使得混凝土的抗冻性能提高。因此木纤维和棉纤维的复合掺入能够使得混凝土材料的抗冻性能提高。

　　2.2 跨中位移

　　冻融次数与跨中位移的关系见图 2。

　　从图 2 可 以 看 出: 试 件 1# 在冻融前位移为0.201 mm，冻融 60 次后为 0.312 mm，冻融 100 次后为0.411 mm; 试件 2#在冻融前位移为 0.781 mm，冻融 60次后为 0.643 mm，冻融 100 次后为 0.447 mm; 试件 3#在冻融前位移为 0.644 mm，冻融 60 次后为0.524 mm，冻融 100 次后为 0.457 mm。可见，随着冻融次数的增加，试件 2#和 3#的位移逐渐下降，而试件 1#的位移逐渐上升。这是因为在 100 次冻融循环后，硅灰-棉纤维试件空隙增大，在受弯条件下部分混凝土被压实，使得跨中位移增大。

　　2.3 弹性模量

　　冻融次数与弹性模量的关系见图 3。

　　从图 3 可以看出: 1#试件在冻融前弹性模量为31.12 GPa，冻融 60 次后为 26.13 GPa，冻融 100 次后为20.01 GPa; 试件 2#在冻融前弹性模量为 34.16 GPa，冻融60次后为28.48 GPa，冻融100次后为21.34 GPa; 试 件3#在冻融前弹性模量为 33.71 GPa，冻融 60 次后为29.14 GPa，冻融 100 次后为 23.61 GPa。可见，随着冻融次数的增加，各试件的弹性模量均下降较快。试件3"的相对弹性模量最高，其损失率也最小，抗冻性能最佳。

　　3结语

　　(1)硅灰-棉纤维试件在冻融前弯曲强度为3.78 MPa，而冻融100次后为2.32 MPa;在冻融前其位移为0.201 mm，而冻融100次后为0.411 mm;在冻融前其弹性模量为31.12 GPa，当冻融100次后为20.01 GPa.

　　(2)硅灰-木纤维试件在冻融前弯曲强度为4.31 MPa，而冻融100次后为2.68 MPa;在冻融前其位移为0.781 mm，而冻融100次后为0.447 mm：在冻融前其弹性模量为34.16 GPa，而冻融100次后为21.34 GPa.

　　(3)硅灰-棉纤维-木纤维试件在冻融前弯曲强度为4.12 MPa，而冻融100次后为2.72 MPa：在冻融前其位移为0.644 mm，而当冻融100次后为0.457 mm：在冻融前其弹性模量为33.71 GPa，而冻融100次后为23.61 GPa.硅灰-棉纤维-木纤维试件在冻融循环100次后，弹性模量最高，损失率最低，抗拉强度和位移也最大，表明复掺混凝土的抗冻性能比单掺混凝土好。

　　参考文献：

　　[1]丁向群，陈柯旭，李晓，等自防水泥凝土抗冻性能的研究D].混凝土，2018，342(4)：156-158.

　　[2]朱新钊，王爱勤，张承志关于混凝土抗冻性能两个问题的探讨0].混凝土与水泥制品，2018(2)：31-34.

　　[3]张淑文，万小梅，刘桂宾，等.碱激发胶材混凝土抗冻性研究综述D].混凝土，2018(1)：105-108.

　　[4]李云峰，李强龙，孔令鹏，等，偏高岭土混凝土抗冻融性能试验研究D].施工技术，2018，47(3)：40-43.

　　[5]肖琦，郝帅，宁喜亮，等.纤维对混凝土抗冻耐久性的影响研究综述[].混凝土，2018(6)：68-71.

　　[6]邱缝生，潘杜，谷拴成，等·钢纤维煤研石混凝土抗冻性能及损伤模型研究[].冰川冻土，2018，40(3)：563-569.

　　[7]赵雨，刘元珍，王文婧，等再生保温混凝土与普通混凝土抗冻性能对比研究D].混凝土，2018(5)：84-86.

　　[8]韩古月，聂立武再生粗骨料品质与掺量对再生混凝土抗涂融性能影响规律D].混凝土，2018(6)：89-92.

　　[9]安新正，牛薇，张亚飞，等砖粒及粉煤灰掺量对再生混凝土抗冻性能的影响D].科学技术与工程，2018，18(14)：242-245.

　　[10]肖巍，丁成平，谢旭剑水泥用量对混凝土性能影响的试验研究[硅酸通报，2018，37(6)：2083-2087.

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