CN114436590A

CN114436590A - 聚丙烯纤维混凝土

Info

Publication number: CN114436590A
Application number: CN202210086053.4A
Authority: CN
Inventors: 李松; 韩军; 刘延博; 陶永璨; 周思文
Original assignee: CCCC SHB First Engineering Co Ltd
Current assignee: CCCC SHB First Engineering Co Ltd
Priority date: 2022-01-25
Filing date: 2022-01-25
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2042-01-25
Also published as: CN114436590B

Abstract

本发明公开了一种聚丙烯纤维混凝土，所述聚丙烯纤维混凝土由体积百分比含量为99.85％～99.95％混凝土和0.05％～0.15％聚丙烯纤维组合物组成；其中，聚丙烯纤维组合物由质量比为2～3:1的聚丙烯纤维和改性聚丙烯纤维组成。本发明能有效改善高原环境下混凝土结构的裂缝问题。

Description

聚丙烯纤维混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土领域。更具体地说，本发明涉及一种聚丙烯纤维混凝土。

背景技术

聚丙稀纤维是最早用于混凝土增强的合成纤维，聚丙稀纤维的密度小、单丝直径小、弹性模量低，具有拉伸率高、抗拉强度高、耐酸碱等优点，掺入混凝土后形成的聚丙稀纤维混凝土具有较好的延性、韧性及抗冲击性，因此也成为应用广泛的纤维混凝土之一。聚丙烯纤维的掺入能有效抑制混凝土表面裂缝的产生和扩展，提高混凝土抗渗、抗冻、抗冲磨等性能，有着良好的经济效应。

虽然聚丙烯纤维的掺入会提高混凝土的性能，但在高原环境下施工时，高原环境干燥，低温，昼夜温差大，通过对混凝土试件的测试发现，纤维混凝土的抗裂性能依然难以满足工程质量要求，改进纤维混凝土有着十分重要的意义和价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚丙烯纤维混凝土，能有效改善高原环境下混凝土结构的裂缝问题。

本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种聚丙烯纤维混凝土，所述聚丙烯纤维混凝土由体积百分比含量为99.85％～99.95％混凝土和0.05％～0.15％聚丙烯纤维组合物组成；其中，

聚丙烯纤维组合物由质量比为2～3:1的聚丙烯纤维和改性聚丙烯纤维组成。

优选的是，所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：

1)将干燥的聚丙烯纤维置于浓硫酸中室温浸泡3小时，浸泡完成后将其用蒸馏水洗涤、干燥处理；

2)将其置于质量分数为6％～8％的双氧水中浸泡4小时，浸泡完成后将其用蒸馏水洗涤、干燥处理，即得改性聚丙烯纤维。

优选的是，束状单丝形聚丙烯纤维。

优选的是，每立方米混凝土的组分为：400～450kg水泥、1050-1180kg碎石、650-750kg沙、140-170kg水、3.5-5kg减水剂。

优选的是，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。

优选的是，所述沙为河沙，最大粒径不超过5mm。

优选的是，所述碎石粒径为5mm～31.5mm。

优选的是，所述减水剂为固含量为40±1％的聚羧酸减水剂。

本发明至少包括以下有益效果：本申请针对高原环境，提供了一种高性能聚丙烯纤维混凝土，提高了混凝土抗拉强度低，改善了混凝体易开裂的问题。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是试件立模示意图；

图2是试件养护示意图；

图3是对比例1的立方体抗压破坏形态；

图4是实施例1的立方体抗压破坏形态；

图5是对比例3的立方体抗压破坏形态；

图6是普通混凝土的裂缝形态；

图7是实施例1纤维混凝土的裂纹形态；

图8是对比例1纤维混凝土的裂纹形态。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

聚丙烯纤维混凝土，所述聚丙烯纤维混凝土由体积百分比含量为99.9％混凝土和0.1％聚丙烯纤维组合物组成；其中，聚丙烯纤维组合物由质量比为3:1的聚丙烯纤维和改性聚丙烯纤维组成。

所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：

2)将其置于质量分数为6％的双氧水中浸泡4小时，浸泡完成后将其用蒸馏水洗涤、干燥处理，即得改性聚丙烯纤维。

其中，聚丙烯纤维为束状单丝形聚丙烯纤维。每立方米混凝土的组分为：420kg水泥、1150kg碎石、685kg沙、156kg水、4kg减水剂。所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。采用河沙，最大粒径不超过5mm。所述碎石粒径为5mm～31.5mm。所述减水剂为固含量为40±1％的聚羧酸减水剂。

实施例2

聚丙烯纤维混凝土，所述聚丙烯纤维混凝土由体积百分比含量为99.85％混凝土和0.15％聚丙烯纤维组合物组成；其中，聚丙烯纤维组合物由质量比为2:1的聚丙烯纤维和改性聚丙烯纤维组成。

所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：

2)将其置于质量分数为7％的双氧水中浸泡4小时，浸泡完成后将其用蒸馏水洗涤、干燥处理，即得改性聚丙烯纤维。

其中，聚丙烯纤维为束状单丝形聚丙烯纤维。每立方米混凝土的组分为：400kg水泥、1050kg碎石、650kg沙、140kg水、3.5kg减水剂。所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。采用河沙，最大粒径不超过5mm。所述碎石粒径为5mm～31.5mm。所述减水剂为固含量为40±1％的聚羧酸减水剂。

实施例3

聚丙烯纤维混凝土，所述聚丙烯纤维混凝土由体积百分比含量为99.95％混凝土和0.05％聚丙烯纤维组合物组成；其中，聚丙烯纤维组合物由质量比为1:1的聚丙烯纤维和改性聚丙烯纤维组成。

所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：

2)将其置于质量分数为8％的双氧水中浸泡4小时，浸泡完成后将其用蒸馏水洗涤、干燥处理，即得改性聚丙烯纤维。

其中，聚丙烯纤维为束状单丝形聚丙烯纤维。每立方米混凝土的组分为：450kg水泥、1180kg碎石、750kg沙、170kg水、5kg减水剂。所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。采用河沙，最大粒径不超过5mm。所述碎石粒径为5mm～31.5mm。所述减水剂为固含量为40±1％的聚羧酸减水剂。

对比例1

聚丙烯纤维混凝土，所述聚丙烯纤维混凝土由体积百分比含量为99.9％混凝土和0.1％聚丙烯纤维组合物组成；其中，聚丙烯纤维组合物由质量比为4:1的聚丙烯纤维和改性聚丙烯纤维组成。

所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：

对比例2

聚丙烯纤维混凝土，所述聚丙烯纤维混凝土由体积百分比含量为99.9％混凝土和0.1％聚丙烯纤维。

对比例3

所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：

1)将干燥的聚丙烯纤维置于铬酸中室温浸泡3小时，浸泡完成后将其用蒸馏水洗涤、干燥处理，即得改性聚丙烯纤维。

实验与分析

以下实验均是在高原环境完成。

实施例和对比例中聚丙烯纤维由南京优尔西橡塑制品有限公司生产，长径比为396、密度为0.91g/m³、抗拉强度＞400MPa，伸长率15％-35％。

采用实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的混凝土制备试件，试件中钢筋型号为HRB400，直径为12mm，配筋率为1.13％，钢筋屈服强度平均值为472.7MPa，大于400Mpa，满足要求，可用于配筋混凝土试件轴心拉伸试验。

1.1试件制备与养护

1)试件制作前，清除模具内杂质，并在模具内壁均匀涂抹润滑油，以便在试件成型后与模具的脱离；

2)振捣前将钢筋插入模具并固定，使钢筋位于试件的几何中心，振捣过程中保持钢筋的位置不能移动；

3)在拌合前将搅拌机整理干净，首先将混凝土拌和物预拌两分钟再卸出余料，使搅拌机内壁挂桨；当正式拌合时，先将碎石与河沙进行拌和1分钟，然后加入钢纤维，随着搅拌机地运行，进行均匀分散，拌和时间控制在2分钟；接着加入聚丙烯纤维，边搅拌边投放，再加入水泥拌和2分钟；最后加水，拌和时间控制在5分钟内。采用上述方式在一定程度上减少聚丙烯纤维的结团问题。

4)将拌合物装入试模内，开启振动台振捣，并用抹刀沿试件内壁多次插捣。振捣过程中刮去多余的拌合物，并注意抹平，防止气泡产生，振捣时间大约为2～3分钟，振捣结束后，对试件表面进行抹平，完成立模的试件如图1所示。

5)立模完成24h后将试件拆模并编号后放入标准养护室中养护，试件的养护如图2所示。

1.2试件的处理

为方便观查试件表面的裂缝形态，测量裂缝宽度和裂缝间距，在试件养护完成后,需对试件做以下处理：

1)用砂纸将试件打磨表面平整；

2)用白色乳胶漆将试件表面刷白。

1.3试件进行轴向拉伸试验

釆用具有2000KN加载能力的电液伺服万能试验机对试件进行轴向拉伸试验，利用设定好的加荷级距对试件进行分级加载，加载程序如下：

1)在试验开始前，先将试件安装至试验机上并进行预加载。在预加载过程中，检查加载设备与数据釆集仪器是否正常工作等。

2)在正式试验时，设定钢筋屈服应力所对应荷载的0.1倍为加荷级距，每级荷载持荷时间为20分钟，加载至钢筋屈服应力所对应荷载的90％₀观察试件的开裂情况，记录每个加载试件对应的开裂荷载，在试验机持荷时，测量各测点处的裂缝宽度，记录裂缝发展形态等。

3)用黑色水笔描绘试件裂缝的最终形态后卸载并取下试件。

1.4本试验采用WA-2000型电液伺服万能试验机、D381HN-2静态应变测仪和ZH-CNK105裂缝测宽仪进行数据釆集。

2.1团结试验

实施例1、对比例1、对比例2和对比例3在进行试剑制备和养护的拌和完成后，检查拌和料中聚丙烯纤维的团结数量，根据试验可知，采用实施例1、对比例1和对比例3的配方进行拌和时团结数量较少(每立方米混凝土拌和料中团结数量为小于10个)，而采用对比例2的配方进行拌和时团结数量较多(每立方米混凝土拌和料中团结数量大于20个)，为了保证纤维混凝土的质量，将对比例2进行了排除。

2.2立方体抗压形态试验

为了检验试验中混凝土材料的均匀程度，观察实施例1、对比例1和对比例3中混凝土立方体抗压破坏后的形态，混凝土抗压强度及其破坏形态的影响，根据试验方案，进行了立方体(150mmxl50mmx 150mm)抗压强度试验。

实施例1、对比例1和对比例3的立方体抗压破坏形态如图3、4、5所示，实施例1、对比例1和对比例3的立方体达到其抗压强度后爆裂声均略小，同时也没有出现压碎破坏，而是基本上保持原来的外形，只岀现了裂纹和脱皮，说明加入聚丙烯纤维后，其与混凝土之间的粘结力限制了裂缝的扩展。进一步观察，实施例1中的立方体试件出现的裂纹与脱皮最少，而对比例3中的裂纹和脱皮最多。

2.3立方体抗压强试验

根据混凝土立方体抗压强度以3个试件测试的平均值作为该组试件的抗压强度试验结果，结果见表1所示。

混凝土立方体抗压强度按公式(4.1)计算(准确至O.IMPa)：

fee＝％

式中：厶一抗压强度，MPa；

P一破坏荷载，N；

A—试件承压面积，mm²o

表1

其中，表1中实施例1、对比例1和对比例3的3组试件立方体抗压强度的变异系数均小于0.1,表明试验结果可靠。

根据立方体抗压形态试验、立方体抗压强试验结果可知，实施例1、对比例1和对比例3均能明显改善混凝土受压破坏时的形态，使其不会崩坏，从而改善其性能。采用铬酸处理的聚丙烯纤维对应的立方体试块出现的裂纹与脱皮反而有所增加，且对应的抗压强度也最低，分析其原因，由于骨料对纤维有边壁效应，其增强效果只有当混凝土达到其抗压强度后才能充分发挥；而聚丙烯纤维由于其弹性模量较低，与骨料的边壁效应不明显，因此受力初期主要由聚丙烯纤维起到阻裂作用，采用铬酸处理后的聚丙烯纤维的阻裂效果相对较弱，因而在同等钢纤维体积率之下，对比例1和实施例1的抗压强度和抗压形态更好。

2.4配筋轴拉试验结果

以实时监测的钢筋应变突变时所对应的试验机荷载作为试件的初裂荷载，轴拉试件的初裂荷载记录如表2所示。

表2

配筋轴心拉伸试件裂缝的主要开展过程如下：

1)当荷载达到试件开裂荷载时，大部分试件首先从试件的某一面开始出现横向细微裂缝，随着荷载的加大，横向裂缝进一步向相邻两个面延伸，但最终大部分裂缝并没有贯穿整个截面；

2)当荷载继续增大，大部分试件在其中部附近出现第二条横向裂缝。而且一旦出现某一条贯穿主裂缝，则该裂缝宽度发展较快，而其他次裂缝发展缓慢；

3)随着荷载进一步增大，试件的主裂缝宽度明显增大，主裂缝和次裂缝条数趋于稳定，裂缝宽度增大。

实施例1、对比例1和未掺入聚丙烯纤维的普通钢筋混凝土受拉开裂裂缝对比见表3、用黑色水笔描绘试件裂缝，见图6、图7、图8。

表3

根据表3的结果分析，试件受力初期，混凝土内部裂缝的产生或扩展都需要消耗断裂能,纤维的存在使得所需消耗的断裂能大大增加，由于纤维在混凝土内三维乱向的分布,决定了混凝土的开裂发展和纤维阻挡是乱向的，从而改变了裂缝的发展路径，使其在宏观上表现为“分岔”，乱向与不连续。同时在主裂缝出现后，随着荷载的增加，部分裂缝会在主裂缝上出现所示的纵向次裂缝，但这些裂缝开展的较短。同时对比裂缝条数，不掺纤维的普通钢筋混凝土轴拉试件的主裂缝条主基本稳定为2条，而掺入纤维的试件的裂缝条数为2～4条，多为3条，并且伴随着数量不等的次裂缝。

在试验过程的中，测量了试件从开裂至加载结束时各级荷载作用下的裂缝宽度。裂缝宽度与钢筋应力关系试验结果如表所示4所示。

表4

根据表4可知，裂缝宽度与钢筋应力呈线性关系，当聚丙烯纤维与改性聚丙烯纤维的掺量比超过3:1之后，裂纹宽度随着聚丙烯纤维的掺量的增加增大，分析其原因，主要是当聚丙烯纤维相较于改性聚丙烯纤维体积率过高时，所浇筑的试件离散型更大，从而影响纤维混凝土的质量。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims

1.一种聚丙烯纤维混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维混凝土由体积百分比含量为99.85％～99.95％混凝土和0.05％～0.15％聚丙烯纤维组合物组成；其中，

聚丙烯纤维组合物由质量比为1～3:1的聚丙烯纤维和改性聚丙烯纤维组成。

2.如权利要求1所述的聚丙烯纤维混凝土，其特征在于，所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：

3.如权利要求1或2所述的聚丙烯纤维混凝土，其特征在于，束状单丝形聚丙烯纤维。

4.如权利要求3所述的聚丙烯纤维混凝土，其特征在于，每立方米混凝土的组分为：400～450kg水泥、1050-1180kg碎石、650-750kg沙、140-170kg水、3.5-5kg减水剂。

5.如权利要求4所述的聚丙烯纤维混凝土，其特征在于，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。

6.如权利要求4所述的聚丙烯纤维混凝土，其特征在于，所述沙为河沙，最大粒径不超过5mm。

7.如权利要求4所述的聚丙烯纤维混凝土，其特征在于，所述碎石粒径为5mm～31.5mm。

8.如权利要求4所述的聚丙烯纤维混凝土，其特征在于，所述减水剂为固含量为40±1％的聚羧酸减水剂。