玻璃纤维对混凝土收缩开裂性能的影响研究

2016-01-14王原原,孙仁娟,武新胜等

建材世界 2015年4期

玻璃纤维对混凝土收缩开裂性能的影响研究

王原原，孙仁娟，武新胜，胡益彰，郝巍

(山东大学土建与水利学院，济南 250061)

摘要：测试了玻璃纤维对水泥砂浆抗折强度、抗压强度以及干燥收缩性能的影响规律，在此基础上，利用平板法研究了玻璃纤维掺量对混凝土早期塑性开裂性能的作用，并通过混凝土的初始开裂时间、最大裂缝宽度、单位面积总开裂面积评价其影响效果。当水泥砂浆中掺加体积掺量为1.0%的玻璃纤维时，其28 d抗折强度接近10 MPa，干燥收缩率为890×10`(-6)；当混凝土中掺加0.25%的玻璃纤维时，混凝土初始开裂时间和最大裂缝宽度明显降低，单位面积总开裂面积降低幅度接近80%；体积掺量增加到0.5%时，玻璃纤维能够完全抑制混凝土早期裂缝的形成。实验结果表明，玻璃纤维能够增强水泥砂浆的抗折强度，明显抑制水泥砂浆和混凝土的干燥收缩以及早期裂缝的形成和发展。

关键词：玻璃纤维；力学性能；干燥收缩；塑性开裂

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.04.003

Abstract:The influence of glass fiber on flexural strength, compressive strength and drying shrinkage performance of cement mortar was tested. Based on this, the method of plate was used to study the effect of the amount of doped glass fiber and superplasticizer on early plastic cracking performance of concrete, which is evaluated through the initial cracking time, maximum crack width, the total crack area per unit area of concrete. When glass fiber volume fraction in cement mortar is 1.0%, its 28 d flexural strength can be close to 10 MPa, and the shrinkage rate is 0.089%.When volume fraction of glass fiber is 0.25%, the initial cracking time and maximum crack width decreased obviously, and the total crack area per unit area of concrete can reduce close to 80%; when volume fraction increases to 0.5%, glass fiber can completely inhibit the formation of concrete early crack. The experimental results show that，glass fiber can enhance the flexural strength of cement mortar, and inhibit drying shrinkage of cement mortar and early crack formation and development of cement significantly.

收稿日期：2015-05-07.

作者简介：王原原(1989-)，硕士生.E-mail:wangyuanyuansddx@163.com

Study on Effects of Glass Fiber to the Plastic Shrinkage Cracking

Properties in Concrete

WANGYuan-yuan,SUNRen-juan,WUXin-sheng,HUYi-zhang,HAOWei

(School of Civil Engineering, Shandong University,Ji′nan 250061,China)

Key words:glass fiber;mechanical properties;drying shrinkage;plastic cracking

混凝土在浇筑成型时容易产生早期塑性收缩开裂，而收缩裂缝的形成直接关系到混凝土的耐久性，对结构的安全性产生巨大的影响。研究表明[1-5]，在混凝土中加入纤维，如PVA纤维、PP纤维、碳纤维等，能够明显提高其强度韧性，有效抑制塑性收缩裂缝的形成和发展，增强混凝土结构的耐久性。因此，纤维混凝土作为一种新型复合建筑材料，近年来在一些实际工程中被广泛应用。玻璃纤维具有导电性低、耐碱性好、耐化学腐蚀性高等特点，同时与水泥基体具有良好的粘结性能，可以有效地提高水泥砂浆的物理力学性能，显著克服混凝土材料在凝结硬化过程中收缩大、易开裂的缺点，提高混凝土结构的使用性能。

通过一系列的室内试验研究了不同体积掺量玻璃纤维对水泥砂浆强度和收缩性能的影响，在此基础上进行了混凝土早期塑性开裂实验，测试了混凝土初始开裂时间、单位面积裂缝数目、裂缝最大宽度等性能指标，分析了玻璃纤维对改善混凝土抗塑性开裂性能的影响，从而为实际工程中玻璃纤维的应用提供参考和依据。

1实验设计

1.1　原材料

水泥砂浆强度、干燥收缩测试所用水泥采用中联水泥有限公司生产的基准水泥，混凝土早期塑性开裂实验所用水泥为济南山水集团生产的P·O 42.5普通硅酸盐水泥。实验用细集料为河砂，细度模数为2.92，粗集料为普通碎石，减水剂采用聚羧酸高效减水剂。实验用水为自来水。玻璃纤维为泰山玻璃纤维有限责任公司生产，纤维长度为12 mm，其参数值见表1。

表1　玻璃纤维性能参数

1.2　方法

水泥砂浆的搅拌、成型及强度测试按照GBT—17671—1999[6]《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行。水泥砂浆干燥收缩实验方法严格依据JTG E30—2005[7]《公路工程水泥及水泥混凝土实验规程》。干缩砂浆试件在标准养护(温度为(20±2) ℃，相对湿度为95%)24 h后脱模，脱模后继续在20 ℃水中养护2 d后用比长仪测初始度，放入干缩养护箱(温度为(20±3)℃，相对湿度为(50±4)%)中养护至测试龄期进行试验。水泥混凝土塑性开裂实验按照GB/T 50082—2009[8]《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的平板开裂实验方法进行。混凝土的搅拌按照先拌合再加入玻璃纤维的顺序进行。

1.3　配合比设计

制备水泥砂浆的灰砂比为1∶2，水灰比确定为0.45。测试了玻璃纤维体积掺量(0.5%、1.0%)对水泥砂浆抗压强度、抗折强度、干燥收缩的影响。试验研究玻璃纤维掺量(0.25%，0.5%)对混凝土早期塑性开裂的影响,混凝土配合比如表2所示。

表2　混凝土配合比设计

2结果分析

2.1　玻璃纤维对水泥砂浆强度的影响

玻璃纤维对水泥砂浆抗折强度的影响如图1所示。由图1可知，掺加玻璃纤维后，水泥砂浆的7 d和28 d抗折强度均有所提高，7 d和28 d抗折强度分别提高了18.2%、11.6%。这是由于玻璃纤维能够和水泥砂浆有效地粘结，增强水泥基体对纤维的握裹作用，从而在砂浆内部形成一种均匀分布的乱向支撑体系，当纤维水泥砂浆受到荷载破坏产生微小裂缝时，纤维能横跨裂缝起到桥接作用，增强水泥砂浆的抗折破坏性能。由图2可知，玻璃纤维对水泥砂浆的抗压强度没有明显的影响，这是因为在纤维水泥砂浆的压力作用由水泥砂浆基体承担，玻璃纤维对水泥砂浆抗压强度的影响有限。

2.2　玻璃纤维对水泥砂浆干燥收缩的影响

玻璃纤维对水泥砂浆5 d、7 d、10 d、14 d、21 d、28 d收缩率的影响变化如图3所示。由图3可知，玻璃纤维能够降低水泥砂浆的干燥收缩率，在28 d测试龄期，普通水泥砂浆的收缩率为1 040×10-6，掺加 0.5%、1.0%的玻璃纤维后，水泥砂浆的干缩率分别为970×10-6、890×10-6，分别比未掺加玻璃纤维降低了6.7%、14.4%。这是因为玻璃纤维在水泥基材料中形成乱向支撑体系，减少基体中水分的散失途径，同时改善混凝土的孔结构，降低其收缩应力。

2.3　玻璃纤维对混凝土塑性开裂的影响

实验测试了玻璃纤维体积掺量对混凝土早期塑性开裂性能的影响。混凝土早期开裂实验结果如图4所示，表3为混凝土的塑性开裂性能指标。由表可知，普通混凝土的初始开裂时间为70 min, 单位面积总开裂面积为703.1 mm2/m2，玻璃纤维能够延迟混凝土的初始开裂时间，纤维混凝土表面形成不连续的收缩裂缝，单位面积裂缝总面积和裂缝数目也明显缩减，最大裂缝宽度也呈减小趋势，当玻璃纤维体积掺量增大到0.5%，混凝土完全没有裂缝形成，只有微细裂纹产生。相对于普通混凝土，掺加0.25%玻璃纤维混凝土的单位面积裂缝总面积和裂缝数目分别减少了78.1%、68.6%，最大裂缝宽度也从0.480 mm降低到0.391 mm，由此可见，玻璃纤维抑制混凝土的早期开裂效果明显。