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赵晶等:耐碱玻璃纤维在混礙土中的增强效应
耐碱玻璃纤维在混凝士中的增强效应
赵晶,鲁红筠
1.大连交通大学土木与安全工程学院,辽宁大连116028;2.中国铁路物资上海有限公司,上海200071)
〔摘要】通过加速养护制度,预测纤维混凝土强度的长期发展趋势。研究分析了耐碱玻璃纤维混凝土在
标养下和热养下的强度发展规律,评价了耐碱玻璃纤维在混凝土中的长期增强效应;由扫描电镜的实验观测我们
发现,耐碱玻璃纤维混凝土长期强度降低是由于纤维有破坏的可能。
【关键词】耐碱玻璃纤维;热养护;损伤;强度
【中图分类号】TU528.57
【文獻标识码》B【文章编号】1001-6864(2011)09-000-03
耐碱玻璃纤维混凝土最初被开发应用时是以替提高,3d的劈裂强度增长率为14.08%,并且随着标养
代石棉纤维为主要目的,仅是开辟一种新型纤维材龄期的延长纤维的增韧作用加强,当混凝土180d时纤
料,当时使用的中碱玻璃纤维,在水泥中很快就被腐维混凝土较普通混凝土的劈裂强度增长30.75%。
蚀,丧失强度。直到1970年英国发明了含氧化镨的耐
碱玻璃纤维,才使耐碱玻璃纤维混凝土进入了实际应
标准养护下混凝士强度
用。在混凝土这种脆性材料中加人少量的玻璃纤维
标养龄期
7d28d56d90d180d
就可以显著改善其力学性能。对于耐碱玻璃纤维混抗空白混凝士/MPa_27.7434-1143.3244231454746-33
凝土,玻璃纤维在混凝土中能否长期保持其强度和韧强纤维混凝士/MPa28:3135.204.4845.1846-4046.76
性是保证玻璃纤维增强增韧效果的关键所在,在研究
度
强度增长率/%2.053.192.672.152.041.36
和应用中人们发现了玻璃纤维在水泥基材料中的化劈空白混凝士/MPa2.062.172.773.233.393.48
学侵蚀和脆化问题,所以耐碱玻璃纤维在混凝土中的
裂
强纤维混凝士AMP2-352.653.303.874.214.55
长期增强效应因关系到结构的使用寿命和良好的安强度增长率/%1408221131824193035
全可靠性而显得尤为重要。
1原材料及养护条件
1.1原材料
水泥:42.5级普通硅酸盐水泥。
萘系高效减水剂:减水率20%~25%,掺量2.5%。
耐碱玻璃纤维:圣戈班维特克斯公司生产的短切
纤维,含错16%,长度12mm,单丝直径15um,弹性模
37285690180
量80CPa,1m3混凝土中掺1500g耐碱玻璃纤维。
养护时间d
1.2养护条件
一抗压强度劈裂强度
(1)标准养护:拆模后的混凝土试件在温度为
图1耐碱玻璃纤维混凝土强度增长率(标养)
203℃的水中养护。
(2)掺了耐碱玻璃纤维的混凝土抗压强度略有
(2)热养护(加速老化):试件在标准养护3d
提高,抗压强度增长率在3%以下,说明掺加纤维主要
后,放入加热养护箱(水养),以每6h升温10℃的温度
是提高了劈裂强度。
梯度,升到60℃,保持60℃的恒温直到测试龄期。
许多学者根据时温理论通过混凝土加速老化实
2试验结果及分析
2.1力学性能试验结果及分析
验方法来研究和预测混凝土的长期性能,由温度对水
泥水化或浆体强度影响的 Arrhenius方程来推测耐碱
标准养护条件下混凝土力学性能见表1。
玻璃纤维在混凝土中的使用年限。
从试验结果可以得出混凝土在标准养护条件下
本文采用混凝土60℃热养护的方法来表征混凝
的强度发展规律:
土长期性能。首先将混凝土试件标准养护3d后,采用
(1)摻了耐碱玻璃纤维的混凝土劈裂强度显著梯度升温到60℃热水养护。目的是通过加热养护来
甚金项目]国家自然科学基金资助项目(50872015)
低温建筑技术
2011年第9期(总第159期)
促进水泥水化,预测混凝土长皊期的性能。
表2
热养护下混凝土的强度
热养龄期
+1d+4d+8d+10d+12d+164+20d
抗空白混凝士/MPa4.8828.904.7149.1248404514.35
纤维混表士NR.48333013B将0223
度
强度增长率/%1,465.344.251.981.03-2.57-8.59
壁空白混凝士/MFP366394133.903.733.583.42
图3标准养护28d的纤维混凝土
强纤维混凝士/AMPa4.715.135775094,7039229
度强度增长3869235739703051260950-149
000
-101481012
加热时间d
图4裂试验后的纤维混凝士(标养28d)
一抗压强度一劈裂强度
被晶体产物刻蚀。
图2耐减玻纤维混凝士强度增长率(热养
通过对混凝土热养护试验可以得到耐碱玻璃纤
维混凝土长期强度的发展规律:
(1)从加热养护与标准养护条件下混凝土强度
对比看到,60℃热养护通过提高水泥的水化速度,显著
提高泥凝士的强度发展速率。热养护1d空白混凝士
抗压强度由27.44MPa提高到47.88MPa;纤维混凝土
图5热养护10d的纤维混凝土
抗压强度由28.31MPa提高到48.58MPa;劈裂强度的
提高幅度更大。
(2)在热养护早期,纤维混凝土强度大于空白
混凝士(强度增长率大于零),说明纤维的增强作用是
存在的;在热养护后期(16~20d),纤维混凝土强度小
于空白混凝土(强度增长率小于零),说明纤维有损
伤,已失去增强作用。
2.2纤维损伤的微观分析
在耐碱玻璃纤维混凝土标准养护28d的试件中取
图6热养护20d的纤维混凝土劈裂试验
样,由SEM(图3)观测可以看到,纤维在混凝土的碱性3结语
环境下没有因化学溶蚀而破坏,纤维表面附着了部分
(1)耐碱玻璃纤维掺加到混凝土中作为增强材
产物,在纤维周围分布着较多的CH晶体,纤维与水泥料,混凝土劈裂强度显著提高。标准养护180天时纤
浆体的粘结较为紧密。劈裂试验时纤维是从基体材维并无损伤。
料中拔出的,但纤维本身未发生破坏(图4)。
(2)热养护可以反映耐碱玻璃纤维混凝土的长
在耐碱玻璃纤维混凝土热养护试件中取样,从图期性能,耐碱玻璃纤维在混凝土中发挥了增强增韧作
5看到,热养护10d时纤维已经受到了化学溶蚀作用用,但后期仍有可能受在碱性环境下的化学溶蚀损伤
和刻蚀作用,纤维表面可看到溶蚀产物和刻痕,与水和水泥水化产生的晶体产物的物理刻蚀损伤。这表
泥浆体的粘结也不再紧密;从图6中看到,劈裂试验中明了耐碱玻璃纤维的“耐碱”只是相对的,水泥碱性环
纤维断裂破坏,并且断裂面的特征表明纤维在受到拉境的长期化学腐蚀及晶体产物的刻蚀会使纤维失去
应力破坏前,已遭到晶体产物生长的挤压损伤,纤维增强效应。