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浅析在改善水工混凝土抗冻性能方面超短改性纤维发挥的作用

2020-02-14 246 上传者：管理员

摘要：结合水工混凝土、高分子材料、化工材料技术等提出的技术方法，在混凝土中掺入经过表面特殊改性的超短型聚丙烯纤维，通过正交试验，找出纤维长度、纤维直径、长径比和纤维掺量等与混凝土冻融循环次数的变化规律是次研究的最终目的。试验结果表明，经过对超短纤维的改性，选择适宜的材料指标参数，对提高水工混凝土的抗冻性能是有所帮助的。

关键词：
抗冻性能
改善
水工混凝土
超短改性纤维
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水工混凝土是水利工程中应用最广泛的建筑材料，同时由于水利工程应用环境相对恶劣，在干湿交替、冻融循环作用下，使混凝土产生由表及里的剥蚀破坏。当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，且伴随着表面酥松、剥落甚至露筋，最后直至功能完全丧失。而水工混凝土冻融损伤的修复，往往代价较大、成本较高，且效果不甚理想。因此，对提高水工混凝土抗冻性能的研究探索具有重要意义。

此次试验研究结合水工混凝土、高分子材料、化工材料技术等提出的新的技术方法，在混凝土中掺入经过表面特殊改性的超短型聚丙烯纤维，可以显著提高混凝土抗裂性能，同时提高混凝土抗折强度。这里只对混凝土抗冻性能进行研究，经过试验，得出掺入后混凝土抗冻融能力的变化关系。

1、原材料的选择及品质检测

1) 水泥。辽源金刚水泥（集团）有限责任公司生产的《万厦》牌普通硅酸盐水泥，强度等级42.5，检测结果见表1。

表1 原材料水泥的检测结果

2) 细骨料。砂为中砂（产地：饮马河），中砂细度模数为2.5，检测结果见表2。

表2 细骨料的品质检验结果

3) 粗骨料。一级配卵石5～20mm（产地：吉林），检测结果见表3。

表3 粗骨料的品质检测结果

4) 外加剂。WH-B型高性能减水剂（生产厂家：长春市），检测结果见表4。

表4 外加剂的品质检测结果

2、正交试验

2.1 正交设计

正交试验设计，是指研究多因素多水平的一种试验设计方法。根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备均匀分散，整齐可比的特点。正交试验设计的主要工具是正交表，根据试验的因素数、因素的水平数以及是否具有交互作用等需求查找相应的正交表，再依托正交表的正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，是一种高效、快速而经济的多因素试验设计方法。

影响因素有3个：纤维长度、纤维直径和纤维掺量。每个试验因素分别选取3个水平，纤维长度选2mm（A1）、4mm（A2）和6mm（A3），纤维直径选20um（B1）、40um（B2）和60um（B3），纤维掺量选0.5（C1）、0.6（C2）和0.7（C3）。选正交表L9（34），列出试验方案。

2.2 纤维改性

将超短聚丙烯纤维利用硅烷偶联剂浸泡进行改性，改性后的纤维具有良好的分散性。

2.3 配合比的选择

材料的基准配合比见表5。

表5 基准配合比

3、试验结果

掺超短改性纤维按试验方案，使用相同的基准配合比，相同的试验条件浇制成混凝土抗冻试件，经28d龄期后执行SL352-2006《水工混凝土试验规程》进行抗冻融试验。试验结果见表6。

表6 28d龄期抗冻融试验结果

从表6的试验结果可以看出，改性纤维越短，改善混凝土抗冻性越好，但小于2mm纤维难于切割，再短目前没有实际意义；改性纤维越细，改善混凝土抗冻性越好；长径比为100时，改善混凝土抗冻性效果较好，最高可提高冻融循环次数20%。

4、结论

掺入适当的超短改性纤维，可以提高混凝土的抗冻性能，提高了水工混凝土耐久性，对提高水利工程使用寿命意义非凡。此次试验研究仅对掺超短改性纤维的水工混凝土的抗冻性能进行了部分研究，希望有条件时对混凝土的抗冲击、抗磨能力和抗渗性能做进一步试验研究，以便进一步完善超短改性纤维混凝土的研究工作。