纤维和防裂剂对混凝土性能影响的试验研究

（山西省水利水电科学研究院 山西太原 030002）

0 引言

众所周知混凝土有着良好的抗压性能，但混凝土的抗拉强度仅为抗压强度的十分之一左右，当混凝土产生的拉应力大于其抗拉强度时就会产生裂缝，因此提高抗拉强度是减少混凝土裂缝的主要措施之一，在提高混凝土抗拉强度的方面采取了多种办法，如添加钢纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维等。本次试验配制了基准组，掺聚丙烯纤维，掺VF防裂剂三种混凝土配合比，分别测定各组混凝土的抗拉强度、劈裂抗拉强度、轴向拉伸强度和耐久性（抗渗、抗冻等级），并对检测结果进行了对比。对有需要抗拉强度要求的混凝土提供试验数据。

1 试验原材料

水泥为普通硅酸盐P.O42.5，山西晋牌水泥集团；粉煤灰为神头二电厂Ⅰ级灰；细骨料为河北邢台天然中砂；粗骨料二级配5～20 mm，20～40 mm，产地左权；减水剂为河北省混凝土外加剂厂生产的DH3G型高效减水剂，粉状固体状；引气剂为河北省混凝土外加剂厂生产的DH9型，液态胶状体，使用时需完全溶解并稀释；聚丙烯纤维，武汉“鼎强”牌，规格19 mm；防裂剂由中国水利水电第十二工程局生产，灰白色粉状固体。

试验将所用原材料进行了检测，其基本力学指标符合规范要求。

2 试验方案

2.1 设计原则

依据《水工混凝土试验规程》（SL352-2006），在满足抗压强度C25，抗渗等级W8，抗冻等级F200的前提下，计算配制强度为31.6 MPa，选用合适的水胶比，在保证混凝土拌和物具有良好的和易性并且满足施工需求的最小砂率和最小用水量，采用绝对体积法计算材料用量。

2.2 参数的确定

根据前期实验室试配结果，确定配合比的水胶比范围在0.35～0.45之间，砂率30%～40%，用水量在132～139 kg/m3之间，粉煤灰掺量在20%左右为宜，DH3G高效减水剂的掺量为1.15%～1.25%，DH9型引气剂的推荐掺量为1.15/万～1.25/万，聚丙烯纤维掺量1.2 kg/m3，防裂剂掺量10%，坍落度为50～70 mm，经优选配合比最优参数见表1。

表1 配合比基本参数表

2.3 配制试验

根据设计计算每立方米混凝土中的原材料用量，配制三组混凝土，编号为基准组PJ，掺聚丙烯纤维组 PX，掺防裂剂组PF，具体见表2。在室内进行少量试拌，采用强制式搅拌机充分搅拌振动台振捣，分别成型相应试件，抗压试件尺寸150 mm×150 mm×150mm，每组三块；劈裂抗拉试件尺寸150mm×150mm×150 mm，每组三块；轴向抗拉及弹性模量试件150 mm×150 mm×500 mm，预埋拉杆，四块一组；抗渗试件上口径175 mm，下口径185 mm，高150 mm的圆锥体，每组六块；抗冻试件100 mm×100 mm×400 mm，每组三块。试件成型后在标准养护室进行养护，到一定龄期取出按《水工混凝土试验规定》（SL352-2006）的规定方法检测。

表2 混凝土配合比

3 试验结果

3.1 拌和物测试结果

DH9型引气剂的推荐掺量为胶凝材料的0.5/万至1.5/万，在做基准组试验时，引气剂按1.25/万掺入，测定其拌和物的含气量为5.9%，大于F200含气量要求，因此在后续试验中降低了引气剂的掺量。试验情况见表3。

表3 混凝土拌和物性能试验结果

3.2 混凝土强度结果

按照《水工混凝土试验规程》（SL352-2006），对不同龄期的试件进行测试，结果见表4。

3.2.1 抗压强度

龄期分别为3 d、7 d、28 d检测抗压强度结果显示，掺纤维PX组的强度对比基准组略偏低，掺防裂剂PF组强度值最大，28 d达到41.8 MPa，比基准组大5.5 MPa，提高 15.2%。

3.2.2 劈裂抗拉强度

龄期分别为3 d、7 d、28 d检测结果显示，掺纤维PX组的强度对比基准组略偏低，掺防裂剂PF组强度值最大，28 d达到3.79 MPa，比基准组大1.07 MPa，提高39.3%。

3.2.3轴向抗拉强度

龄期分别为3 d、7 d、28 d检测结果显示，掺纤维PX组的强度对比基准组测值在上下浮动，掺防裂剂PF组3 d时与基准组差值最大，比基准组大0.3 MPa，提高15.5%，28 d时测值略有提升。

表4 混凝土不同龄期强度试验结果

3.2.4 抗拉弹性模量

有效降低弹性模量对提高混凝土的抗拉性能有积极作用，对比基准组，掺纤维PX比基准测值低1.11 MPa，降低22.1%。掺防裂剂PF组28 d测值比基准组值低0.64 MPa，降低12.7%。

3.3 混凝土耐久性结果

抗冻试件成型28 d后从养护室取出进行检测，三组试块在冻融至200次冻融循环时，相对动弹模量均大于60%，质量损失率小于5%，等级均大于F200。

抗渗试件采用逐级加法检测验，三组抗渗等级均大于W8，详见表5。

表5 混凝土耐久性试验结果

4 结论

通过室内成型混凝土并检测，结果显示掺聚丙烯纤维和掺VF防裂剂高混凝土的抗压强度、抗拉强度均有不同程度的提高，掺防裂剂对提高混凝土的劈裂抗拉强度效果明显，可减少混凝土裂缝的产生。并且不影响混凝土和易性、粘聚性、保水性，有利于施工操作。混凝土成型后要重视早期保护，拆模和后期保温保湿养护，以减少表面裂缝的产生。