聚丙烯纤维对普通混凝土的改性机理.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流聚丙烯纤维对普通混凝土的改性机理.精品文档.聚丙烯纤维对普通混凝土的改性机理蚕f圉:.聚丙烯纤维对普通混凝土的改性机理陈武林王辉廖晨彦(中南大学土木建筑学院长沙410075)工程技术摘要:本文综述了纤维对混凝土增强机理的两个理论,即为纤维间距理论和复合理论,得出聚丙烯纤维对普通混凝土的改性机理及聚丙烯纤雉对混凝土性能的影响.关键词:混凝土聚丙烯纤维改性机理中图分类号:TV431文献标识码:A文章编号:1674098X(201o)o5(b)-O130-02纤维网是由聚丙烯合成的薄膜条带,加入到混凝土原材料中,在搅拌机的搅拌下,受到水泥,砂石料的

2、冲击混合,成束的纤维会被撕裂成大量单独的纤维,以三维方式均匀地无序分布在混凝土中.研究表明f】1,试验所用纤维纤度为1517g/9000m,直径约为48m,长度为l9mm.试件的纤维掺入量分别为0.9kg/m和1.3kg/m.经搅拌机充分拌合,每立方米混凝土中分布的纤维根数分别约为2.8X10根和3.8X10根.这些无序分布的高延性纤维改善了混凝土的界面性质和密实性,将使混凝土的性能有较大的改善.1纤维增强机理的理论分析纤维对混凝土增强作用的理论目甫主要有纤维阻裂理论和复合材料理论.纤维阻裂理论又称纤维间距理论,由Romualdi/Batson;Mandel提出.1.1纤维间距理论该理论根据线

3、弹性力学来说明纤维对裂缝发生和发展的约束作用.该理论认为:在复合材料形成合破坏的过程中,纤维的加入可以有效地提高复合材料受力前后阻止裂缝引发与扩展的能力,达到纤维对混凝土增强与增韧的目的.简单地,可以表示为:Kr=K一K,KrK1式中为复合材料强度因子;,分别为外力作用下无纤维时应力强度因子合因纤维掺入产生相反的强度因子;为临界应力强度因子.当KrK1时,材料则发生断裂破坏.图1纤维复合材料受力简图纤.I拉断l二,t纤维与基材脱黏基村多点开鬟ll_L,o;.爱;ll.麓,一一一一rl图2纤维阻裂机理l30科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald将上式

4、展开,式中出现纤维平均间距参数,进而可推出纤维间距合断裂破坏的关系.1.2复合理论基本假定如下:纤维连续均匀平行排列,并与受力方向一致;纤维与基体粘结完好,即二者之间无相对滑动;纤维与基体均呈弹性变形,并且横向变形相等.如图1所示,外力沿连续纤维方向时,复合材料中应力:c:tvf4-m-=fvl4-一复合材料的弹性模量可通过微分方程得到:d/一旦+一dvI+/dcd,ddd-v,4-+Qc(18cQcQcdv,cl1,由于0,oddd故:=E+=Er+(1一)物理量注释略,其中+=1.对于单向不连续纤维来说,还必须考虑到纤维在开裂面两侧的埋入长度的随机分布问题;对于乱向不连续纤维来说,还必须进

5、一步考虑影响纤维增强效果的方向性问题.1.3纤维在混凝土中的阻裂作用在道路混凝土中掺入纤维,由于表层材料中存在纤维,一方面使其失水面积有所减少,水分迁移较为困难,从而使毛细管失水收缩形成的毛细管张力有所减少;另一方面,低弹性模量的聚丙烯纤维相对干塑性浆体成为了高弹性模量材料,依靠纤维材料与胶凝材料之间的界面吸附豁结力,机械铆合力等,增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度,从而使失水收缩产生的应力小于材料塑性抗拉强度,材料表面的开裂状况得以减轻,甚至消失.另外,由于纤维以单位体积内较大的数量均匀分布干混凝土内部,故裂缝在发展的过程中必然遭遇纤维的阻挡,消耗了能量,难以进一步发展,从而降低了混凝土的脆性

6、,提高了混凝土的抗裂性能.从文献31的研究得出,由于拉应力作用,水泥基体中凸透镜形状的裂缝端部产生应力集中系数,当裂缝扩展到基体界(下转132页)r,r.ii翻-:.2.3不同分析方法的比对试验使用二苯碳酰二肼分光光度法,连续流动分光光度法对苏州市地区的地表水和废水中的六价铬结果比较:如表3所示.试验结果表明,用连续流动分光光度法测定地表水和废水中的六价铬相对标准偏差为O%一2.1%,分析结果令人满意.2.4精密度与准确度的试验2.4.1标准样品测定表4标准样品测定标样值(mg/L)测得值(mg/I)标准样品0.2310.O09mg/L0.2320.2320.234测定值(mg/L)0.23l

7、0.2340.234平均值(mg/L)2=0.133标准偏差S,mg/L=0.0013相对标准偏差0.8表5Cr6+实际样品测定样品样品平行号F2073Hl26310.003O.()o10.0030.?02测定结果30.0030.fH】2mg/40.002O.OO10.003O.0O】60.0030.OOl平均值x(mg/L)0.0030.0Ol标准偏差5,mg/L0.00040.0005相对标准偏差(%)3.350.O样品含量(mg/L)0.04l0.0410.0200.020加标量(mg/I)0.0400.0400.0200.020加标回收率(%)回收量(mg/I)O.O3R0.0380.

8、0200.200回收:率(%)9).095.OlOO99.5(上接13O页)面时,在界面上会产生对裂缝起约束作用的剪应力并使裂缝趋于闭合.此时在裂缝顶端即会有与相反的另一应力集中系数一,于是总的应力集中系数就下降为.图2可以说明纤维在混凝土中的阻裂机理.(a)是纤维达到其抗拉强度极限值而拉断,使混凝土的抗拉强度得以显着提高(b)是纤维由基体中拔出有利于提高符合材料的韧性(c)是纤维跨越裂缝,承受拉力,随基材开裂,复合材料仍有一定的承载能力和较高的延性(d)是纤维与基材之间发生脱勃(e)是纤维制止了大裂缝的延伸,在混凝土中产生若干条细裂缝,即所谓的点开裂2聚丙烯纤维对混凝土性能的影响分析聚丙烯纤

9、维被称为混凝士的次要加强筋,适用于路面,桥面等工程,掺入纤维后对水泥混凝土性能的主要改善在于增强混凝土的韧性.美国联邦公路战略计划(SHRP)通过大量试验研究和工程经验总结出:在混凝土中掺入聚丙烯纤维改善混凝土的品质,使混凝土的综合使用性能得到提高,因此SHRP将聚丙烯纤维等育机纤维增强混凝土当作路面高性能混凝士=的一种途径.聚丙烯纤维加人水泥基体中,理论上会对混凝土产生下几种能影响:(1)增稠作用:乃:人准后,混凝土的工作性方法改变,坍落髓降低,离析和泌水减少.l2)影响基体的强度】:根据目前已经收集到的资料,可以观察到性质完全相反的两种结论.有些报告称无论抗压强度还是抗折强度都提高;也有报

10、告称强度提高是有选择性的,抗压强度无明显提高.其对强度的影响与纤维本身的物理性能和实验方法有关.总的来说,其对混凝土强度改善是有益的.(3)阻止基体中原有缺陷(微裂缝)的扩展并延缓新裂缝的出现:由于纤维在混凝土中呈现三维乱向分布,故可使裂缝的发132科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald工程技术如表4所示.2.4.2实际样品测定如表5所示.由上面的数据表明,标准样品和实际样品,其精密度和准确度均能达到方法的规定要求.2.5方法检出限的试验在本实验室的条件下,进行了20个空白值的试验,根据公式L=St(n-l,0.99)计算方法的检出限:测得检出限为

11、0.O012mg/l_,测定下限为0.O04mg/L,测定上限为0.400mg/L.3结语从以上数据可以看出,用连续流动分光光度法测定水和废废水中的六价铬,方法简单,快捷,准确可靠,灵敏度高,适用性强,且与国标方法无显着性差异.参考文献【1】国家环保局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法M】.第四版,北京:中国环境科学出版社,2002.211-222.【2】水和废水监测分析方法指南编委会.水和废水监测分析方法指南【M】.北京:中国环境科学出版社,1990.225-238.【3】江苏省地面水环境监测技术规范.江苏省环境保护局;1989.6.4】SKALARMETH0DS:C,HROM

12、IUM(VI)Catnr.I233-001issuel10107/MH/99247916.展得到有效的抑制,达到了抗裂的目的.(4)影响基体耐久性:聚丙烯纤维加入是混凝土裂缝减少,密实性提高,并且能有效减少了应力集中的作用,增强了混凝土的耐磨性能,疲劳性能,抗冲击能力和抵抗环境侵蚀能力.参考文献1】陈卫.聚丙烯纤维对混凝土防渗性能影响的研究.12】shahand0uyangMechanicalBehaviorofFiber-ReinforcedCement-basedComosites,JournalofAmericanCe-ramicSocietyp.2730-29533】张天翼,吴强.聚丙烯纤维改善混凝土性能的研究.山西建筑.2008.2(34)5.【4】张登良,张浩.聚丙烯纤维混凝土路用性能研究东北公路.(24)2.