纤维对水泥混凝土早期塑性开裂性能及抗冲击性能的影响施凤莲顾平苏州混凝土水泥制品研究院江苏力威工程材料有限公司 目前，水泥混凝土是建筑工程中用量最大，使用最广泛的建筑材料之一，但水泥混凝土自身也存在早期易于产生塑性收缩裂缝、抗冲击强度低等缺陷。这一“先天”的缺陷对混凝土工程质量影响重大，尤其降低了水泥混凝土的抗冲、抗渗、抗冻等耐久性能，造成了水泥混凝土使用寿命大大缩短。为此许多国家的学者进行了这方面的研究和探讨，发现了在水泥混凝土中掺加纤维等方法是克服这一“先天”缺陷的有效途径之一, 并取得了良好的效果，在建筑工程上应用越来越广泛。笔者在江苏力威工程材料有限公司支持下开展了纤维对水泥混凝土的早期塑性收缩开裂和抗冲击强度影响的试验验证。一、 试验原材料及试验配合比1试验原材料试验所用水泥为强度等级为42.5的普硅水泥，细集料为细度模数为2.6的中砂，粗集料为（5-10）mm（早期塑性收缩开裂用）和（5-25）mm（抗冲击强度用）的连续级配碎石，拌和水为可饮用的自来水, 所用纤维材料品种及性能参数见表1。表1纤维的物理力学性能纤维品种密度/(gcm-3)直径/m长度/mm弹性模量/GPa抗拉强度/MPa延伸率/%LW改性纤维0.9132193.5400302试验配合比早期塑性收缩开裂试验中，基准混凝土配合比为水泥：砂：石：水 = 1：0.75：0.75：0.50，纤维掺量按试件体积比计量加入；抗冲击强度试验中，基准混凝土配合比为水泥：砂：石：水 = 1：1.89：3.45：0.54，纤维掺量同样按试件体积比计量加入。二、 试验方法及依据1 早期塑性收缩开裂性能试验方法参照JC/T 951-2005水泥砂浆抗裂性能试验方法。试验所用的模板尺寸为了便于混凝土浇注成型进行了调整，试件模板的高度调整为35mm；另外模板内钢筋框架四角焊接的钢筋端头离模板底部的高度调整为12 mm。其余试验步骤和评定与JC/T 951-2005一样，但试验用的原材料和配合比根据试验要求进行了调整。 2 抗冲击强度 试验方法参照GB/T15231-2008玻璃纤维增强水泥性能试验方法。考虑到该方法抗冲击强度对试样尺寸有一定的要求，又为了便于混凝土浇注成型，试件制备按以下方法进行：试件制作按GB/T 50080、50081-2002进行，试件成型尺寸为（12010050）mm，成型面尺寸为（120100）mm，成型3块；试件在标准养护室养护28天后，用混凝土专用切割机在垂直于试件的成型面切取试样，在试件中间部位切取厚度为15 mm的试样，每块试件取2块试样。抗冲击强度的试样尺寸为（1205015）mm，总共6块。试验步骤和评定与GB/T15231-2008一样。三、 试验结果1基准混凝土及纤维混凝土早期塑性收缩开裂试验结果示于表2：表2 混凝土早期塑性收缩开裂试验结果混凝土种类纤维掺量（kg/m3）第一条裂缝出现的时间（min）权重值范围内的开裂指数（mm）开裂指数（mm）抗开裂性能比3d22d11d0.5d0.5基准混凝土016040072066001850掺纤维混凝土0.9280013560012846774.8%1.23400017039018390.1%0.6210056050052094049.2%2 基准混凝土及纤维混凝土抗冲击强度试验结果示于表3：表3 混凝土抗冲击强度试验结果混凝土种类纤维掺量/（kg/m3）抗冲击强度/（kJ/m2）基准混凝土05.7掺纤维混凝土0.98.31.29.90.66.8四、试验结果分析 1、早期塑性收缩开裂性能：在水泥混凝土浇注后到硬化前的早期阶段内只有20%25%拌合水参与了水泥的水化反应，剩余的水分会发生蒸发和转移而产生收缩，这种收缩受到基底、模板和钢筋框架等不同程度的约束后在混凝土内部产生了拉应力。但此时的混凝土仍处于塑性阶段，尚未产生足够的抗拉强度以抵抗此拉应力，因此水泥混凝土不可避免地会产生不同程度的早期塑性收缩裂缝；环境的温度和混凝土自身的温度越高，环境的湿度越低，空气流动速度越大，导致水泥混凝土的内部水分蒸发和转移也越快，产生的早期塑性收缩裂缝也越严重。而掺入纤维后，单位体积内大量的纤维乱向均匀分布在水泥混凝土中，犹如在水泥混凝土中布置了大量的微细筋，形成了密集的三维乱向支撑体系，起到了牵制约束作用，水泥混凝土早期塑性收缩裂缝的产生过程中必须遭遇纤维的阻挡，并且消耗了能量，裂缝的产生和发展受到了一定的阻力。从测试结果（表2）可看出：纤维的加入延缓了第一条裂缝出现的时间，随着纤维含量的增加可使第一条裂缝出现的时间更加延迟。另一方面，当产生的裂缝进一步发展遇到纤维时，纤维可以部分或全部抵消裂缝尖端形成的应力，阻止了裂缝的进一步发展。从测试结果（表2）可看出：裂缝的最大宽度也随着纤维含量的增加而减小，单位面积的裂缝数量也随之减少。纤维的加入，缓解和抑制了水泥混凝土早期塑性收缩裂缝的产生和发展，减少及细化裂缝的作用。随着掺量的增加，效果更明显。从试验结果可见：纤维掺量为0.6 kg/m3、0.9 kg/m3、1.2 kg/m3、其抗开裂性能比分别为49.2%、74.8%、90.1%。2、抗冲击强度：由于纤维乱向均匀分布在水泥混凝土的各个部位中，能抑制和减少水泥混凝土的早期塑性收缩裂缝、并有细化裂缝的作用，从而加大了混凝土内部介质的密实性和连续性，一旦受外界冲击时可吸收冲击荷载所产生的动能，混凝土的抗冲击韧性得到了一定的提高；又因纤维在混凝土拌合过程中易分散，不易结团，与水泥基材料有较强的粘结力，在混凝土受冲击破裂后，纤维从水泥基材料粘结中拔出、脱离，脱离后被拉长，这一过程要吸收较大的能量，混凝土断裂前首先要消耗这一部分的能量，因此纤维的加入大大地提高了水泥混凝土的抗冲击强度。由测试结果（表3）可见：混凝土的抗冲击强度随着纤维的掺量增加而明显提高，纤维掺量为0.6 kg/m3、0.9 kg/m3、1.2 kg/m3、与普通混凝土相比其抗冲击强度分别提高了1.2倍、1.5倍、1.7倍。四、 结束语大量的工程实践和试验证明：在水泥混凝土中掺入纤维是克服水泥混凝土自身存在的早期塑性收缩裂缝的有效途径之一，纤维均匀分布在水泥混凝土中所形成的三维乱向支撑体系，产生了一种有效的“次加强筋”效果，能较大幅度地提高水泥混凝土的抗开裂、抗冲击性能，改善了水泥混凝土的耐久性能。纤维对施工工艺和设备无特殊要求，易于操作，在拌合过程中，分散均匀，不易结团，仅比普通混凝土适当延长搅拌时间；安全环保其适用范围广，纤维为无毒材料，及其表面处理层对人体健康和环境无不利影响，在公路和机场道面、桥梁、隧道、矿井、水利、港口以及建筑工程等领域中得到了越来越广泛的应用。 联系电话：1391553567013913173059（晚上）E-mail:sz_shiflsina.com4