孟 贵 平

(山西春城煤矿勘察设计有限公司，山西 太原 030024)

网状聚丙烯纤维对混凝土早期开裂的影响

孟 贵 平

(山西春城煤矿勘察设计有限公司，山西 太原 030024)

采用平板约束试件，研究了网状聚丙烯纤维对普通混凝土和高性能混凝土早期开裂的影响，研究表明：掺入网状聚丙烯纤维后，可以有效抑制混凝土的早期干缩裂缝，延迟初始开裂的时间，细化裂缝，且在该试验条件下，纤维对两种混凝土的阻裂效果相同。

普通混凝土，高性能混凝土，网状聚丙烯纤维，早期开裂

0 引言

混凝土浇筑以后，由于脱水而产生收缩,这种收缩受到基底、模板和钢筋等不同程度的约束，因而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，其抗拉强度很低，不能抵抗此拉应力，所以混凝土产生了不同程度的裂缝。这种裂缝称为塑性裂缝，也称干缩裂缝。环境温度和混凝土温度越高、环境湿度越低、空气流动速度越大，混凝土中的水分散发越快，产生的塑性收缩裂缝也就越严重，这必然对后期的结构受力、抗渗等产生不良影响，甚至可威胁到结构的安全[1]。目前干缩裂缝是工程中比较棘手的问题。

为了减少混凝土产生的塑性收缩裂缝，可采取在新拌混凝土中加入纤维的方法。加入的纤维可分为两种：一种是弹性模量高于混凝土基体的纤维，如钢纤维、碳纤维、玻璃纤维等，主要用于提高混凝土的抗拉、抗压、抗弯、抗冲击强度和韧性；另一种是弹性模量低于混凝土基体的纤维，如尼龙纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维等，它们不能提高混凝土的抗拉、抗压强度，但对混凝土早期裂缝的形成有明显的影响，使早期裂纹的生长受到抑制，并使混凝土的抗冲击强度和韧性显著改善。网状聚丙烯纤维是一种低弹性模量纤维，为了检验其对混凝土抗裂性能的影响，本文进行了专门的试验研究。

1 试件制作与试验

1.1 试验材料与试件

本试验采用的水泥为小野田水泥厂生产的42.5R普通硅酸盐水泥，粗骨料为最大粒径20 mm的碎石，细骨料为细度模数为2.9的河沙，粉煤灰为二级粉煤灰，硅粉为上海埃肯公司生产的硅粉，减水剂为sika高效减水剂。共制作了两组高性能混凝土(A，B)和两组普通混凝土(C，D)试件，每组两块，混凝土配合比见表达式。B和D试件内掺有网状聚丙烯纤维，纤维由美国ABC Fibers公司生产，其性能见表1,混凝土配合比见表2。

本试验参考日本笠进芳夫教授提出的测试方法[2]，采用尺寸为600 mm×600 mm×63 mm的平板试件。试模的4个内边装配了14个φ10 mm×100 mm的全螺纹螺栓，以约束混凝土收缩(见图1)，下表面铺以塑料薄膜，以隔离试模底板对混凝土收缩的约束。

表1 聚丙烯纤维的物理性能

表2 混凝土配合比

1.2 试验方法

试验时，先将混凝土拌合物浇入试模中振捣成型。为便于观察，直接将成型后的试件暴露于温度为22 ℃±3 ℃，湿度为(60±5)%，风速为0.6 m/s的环境中,用50倍的裂缝读数放大镜对各混凝土板的开裂情况进行跟踪观测。开始每10 min观测一次,当发现有裂纹后每30 min观测一次,5 h后每小时观测一次,直至24 h。记录每个混凝土板的初始开裂时间、最终的裂缝数量及宽度，计算下列三个参数[2]：

1)裂缝的平均开裂面积：

2)单位面积的开裂裂缝数目：

3)单位面积上的总裂开面积：

C=a×b(mm2/m2)。

其中，Wi为第i根裂缝的最大宽度，mm；Li为第i根裂缝的长度,mm；N为总裂缝数目，根;A为平板试件的面积，0.36 m2。

每组两块试件的平均值作为该组的试验值。

2 试验结果及分析

在各试件成型前，测定其坍落度，裂缝测量、计算及混凝土28 d抗压强度试验结果如表3所示。试件A，B，C和D 24 h的最终开裂情况分别见图2～图5。

从表3和图2～图5可知，相同暴露条件下，水灰比较小、掺有粉煤灰和硅粉的高性能混凝土比水灰比较大的普通混凝土开始出现裂缝的时间早，且最大裂缝宽度大，这说明高性能混凝土更容易出现早期裂缝，在实际施工过程中应注意早期养护。出现这种现象可能与高性能混凝土的高胶凝材料含量有关，文献[3]～[6]的研究也表明，水灰比越小，早期收缩越大。配合比、暴露条件相同的情况下，掺有网状聚丙烯纤维的试件比未掺纤维的试件初裂时间晚，最大裂缝宽度小，单位面积上出现的裂缝数目多，单位面积上的总开裂面积小。

表3 混凝土早期开裂试验结果

这说明该纤维可以有效抑制混凝土的早期干缩开裂，延迟初始开裂时间，使裂缝细化。未掺纤维的试件(A，C)上裂缝宽度大，长度长，且试件中央均有贯通裂缝，掺有纤维的试件(B，D)上虽然裂缝条数较多，但又细又短，这可以用纤维间距理论[7]进行解释:水泥砂浆在硬化过程中由于脱水而产生裂缝，当砂浆中掺入聚丙烯纤维时，纤维在砂浆中的分布在每立方米1.2 kg的掺量时可达到30根/cm3，使得裂缝尖端的发展受到限制，裂缝只能绕过纤维或把纤维拉断来继续发展，这需消耗很大的能量来克服纤维对裂缝发展的限制作用，即使开裂其宽度也要受到纤维的限制。纤维的掺量越大，这种限制作用越强。而在普通砂浆中，裂缝的尖端没有受到这样的限制作用，可以自由发展，这就使得普通砂浆中的裂缝比加入纤维的砂浆中的裂缝要宽、要长。对于水灰比为0.35，0.48的两类混凝土，掺入纤维后，单位面积上的开裂总面积分别降低了51.7%，50.6%，基本相同，说明本试验所采用掺量对于水灰比不同的混凝土来说，其抗裂效果是大致相同的。

3 结语

1)在混凝土中掺入网状聚丙烯纤维，可明显减少收缩裂缝的产生，改善混凝土的抗裂性能。本试验条件下，对于水灰比为0.35，0.48的两类混凝土，掺入纤维后，单位面积上的开裂总面积分别降低了51.7%，50.6%。

2)水灰比小的高性能混凝土的早期裂缝值得注意，应注意其早期养护。

[1] 袁震宇,吴慧敏,杨建西.聚丙烯纤维对砂浆抗裂性能影响的试验研究[J].混凝土与水泥制品,1996(6):41-42.

[2] 中国工程院土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久性研究咨询项目组.混凝土结构耐久性设计与施工指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[3] 巴恒静,高小建.约束条件下高性能混凝土的早期开裂[J].混凝土,2002(5):3-6.

[4] 文梓芸，杨医博.化学外加剂和矿物掺合料对水泥砂浆干缩与开裂影响的研究[M].北京：化学工业出版社,2004.

[5] 姚 燕.高强混凝土早期收缩开裂影响因素的研究[M].北京：化学工业出版社,2004.

[6] 高小建,巴恒静,祁景玉.混凝土水灰比与早期收缩特性关系的研究[M].北京：化学工业出版社,2004.

[7] 黄承逵.纤维混凝土结构[M].北京：机械工业出版社,2004.

Influence of reticulate polypropylene fiber on cracking of concrete at early age

Meng Guiping

(ChunchengCoalMineSurveyandDesignCo.,LtdofShanxi,Taiyuan030024,China)

Study was made on effect of reticulate polypropylene fiber on cracking of ordinary concrete and performance concrete at early age by using plate restrain model. The result indicated that the fiber mixed in the concrete can effectively restrain and retard the cracking tendency at early age, thin the crack. In the condition of test, the effect of restrain crack of the fiber is comparative for the two specimens.

ordinary concrete， high performance concrete, reticulate polypropylene fiber， cracking at early age

2015-03-05

孟贵平(1978- )，男

1009-6825(2015)14-0115-02

TU528

A