混凝土路面破損修補新材料的分析應用
2006-07-18 00:00
【摘要】首先對纖維的阻裂機理進行了分析．然后通過聚丙烯纖維混凝土和砂漿的力學性能實驗、收縮實驗度早期收縮開裂實驗．討論聚丙烯單絲纖雛對修補混凝土度砂漿力學性能和早期收縮開裂的影響。
【關鍵詞】混凝土路面；破損；修補；新材料
0 引言
塑性開裂是混凝土的常見病害，加之早期修補混凝土的自生收縮大，致使修補混凝土在一開始就易產(chǎn)生大量的、不規(guī)則的、無取向性的混凝土塑性裂縫．造成修補混凝土開裂。用纖維來提高混凝土抗收縮變形能力是改善修補混凝土開裂的重要途徑。近年來，我省在七臺河等地采用聚丙烯纖維混凝土對路面混凝土破損進行維修，收到了較好的效果。
1 阻裂機理分析
纖維阻止混凝土塑裂的機理具體表現(xiàn)在兩個方面：
第一，塑性裂縫總是從混凝土表面的原生微裂縫處開始擴展。當微裂縫的長度大于纖維的間距時，纖維將跨越裂縫起到傳遞荷載的橋梁作用，使混凝土內的應力場更加連續(xù)和均勻，使微裂縫尖端的應力集中得以鈍化，裂縫的進一步擴展受到約束。
第二，長度小于纖維間距的原生裂縫擴展遇到纖維時，纖維將迫使其改變延伸方向或跨越纖維生成更微細的裂縫場．顯著增大了微裂縫擴展的能量消耗。
2 試驗討論
2．1聚丙烯纖維對混凝土（砂漿）力學性能的影響
試驗表明在不改變配合比情況下，纖維混凝土（砂漿）中的纖維摻量存在最佳值 在最佳值時，摻纖維的修補混凝土早期抗壓強度明顯提高。其3d抗壓強度就達到了設計強度的56%~62%，纖維混凝土比普通混凝土抗壓強度分別提高了4%~28%，并且抗壓強度穩(wěn)定增長。7d抗壓強度比普通混凝土提高2%~33%，其強度增長速度分別是普通混凝土的65%~360%，28d抗壓強度值比混凝土提高了9%~26%，說明后期抗壓強度仍穩(wěn)定快速增長。 砂漿抗壓強度試驗表明：一定量的纖維摻加到砂漿中也可以明顯增加砂漿的抗壓強度。
此外，摻加纖維的混凝土比普通混凝土的早期抗折強度也有明顯提高。3d抗折強度分別比普通混凝土提高21%～49%，7d抗折強度比普通混凝土沒有明顯提高，說明纖維混凝土中期抗折強度發(fā)展較為緩慢，28d抗折強度比普通混凝提高11%~2%，說明混凝土后期抗折強度穩(wěn)定快速增長。
2．2 聚丙烯纖維對混凝土自生收縮的影響
聚丙烯纖維對混凝土早期收縮期到了一定的限制作用。試驗表明摻入一定量的聚丙烯纖維可以明顯地減少混凝土的收縮變形。與普通混凝土相比，聚丙烯纖維混凝土減少收縮12．6%， 這是由于纖維良好的韌性和抗拉性能限制了混凝土的收縮變形，其主要原因在于聚丙烯纖維在混凝士中亂向分布形式大大有助于削弱混凝土的塑性收縮，收縮的能量被分散到每立方米數(shù)千萬條具有高抗拉強度而彈性模量相對較低的纖維單絲上，從而極為有效地增加了混凝土的韌性，抑制了混凝土微細裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。同時，纖維具有一定的含水和保水性能，纖維在混凝土中吸附丁一定的水分，從而減小了因膠凝材料水化而消耗的水，無數(shù)纖維形成的支撐體系，有效地保證了均勻泌水，阻礙沉降裂縫的產(chǎn)生，從而減小了混凝土的收縮。
2．3 聚丙烯纖維對早期收縮開裂的影響
試驗過程中發(fā)現(xiàn)：普通混凝土試件在成型后3．5h出現(xiàn)第一條裂縫，而摻有聚丙烯的混凝土試件在成型4h左右出現(xiàn)第一條裂縫，摻加纖維的試件比普通混凝土試件延遲了裂縫出現(xiàn)的時間，并且第一條裂縫的長度也明顯的縮短，裂縫的寬度也由0．1mm變?yōu)?．05mm，開列情況明顯改善。隨著混凝土水化的不斷進行，裂縫的進一步擴展又是怎樣的呢?在混凝土成型后的24h內，普通混凝土板出現(xiàn)裂縫的條數(shù)從1條明顯增長到14條；裂縫的總長從32mm增至313mm：最大裂縫的寬度由最初的0. l0mm增加到0．45mm。裂縫多成連續(xù)狀，開裂情況比較嚴重。而摻入聚丙烯纖維的混凝土板裂縫的條數(shù)多數(shù)出現(xiàn)在混凝土開裂3h后；裂縫的總長度由開始的24mm增加到205mm。與普通混凝土相比，裂縫長度減少了34．5%； 最大裂縫的寬度由最初的0．05mm 增加到0．30mm，比普通混凝土稍有減少，裂縫寬度減少了33．3% 從整體上看混凝土的開裂得到了一定控制。
通過以上分析可以看到：聚丙烯纖維單絲直徑較小，又具有在混凝土內部的良好分散性，在水泥材料中呈三維亂向分布，相互交叉搭接呈網(wǎng)絡結構，可承受因基材收縮而引起的內應力，從而抑制基材中微裂縫的生成和發(fā)展。
3 結論
通過對維修破損路面的觀測及聚丙烯纖維混凝土和砂漿的力學性能實驗、收縮實驗及早期收縮開裂實驗，研究了聚丙烯單絲纖維對修補混凝土及砂漿力學性能和早期收縮開裂的影響，并對混凝土塑性開裂和纖維的阻裂機理進行了分析。結果表明，一定量的短切聚丙烯單絲纖維摻入修補混凝土和砂漿后，可以提高混凝土和砂漿的力學性能，可以顯著提高混凝土的抗收縮能力，并有效抑制混凝土和砂漿早期塑性收縮裂縫的生成和發(fā)展，可提高路面混凝土的抗沖擊性、抗折性、抗?jié)B透性、耐久性、耐磨性等，證明了該材料及工藝可以大范圍的應用于我省混凝土路面養(yǎng)護維修施工中，可以有效地以延長路面混凝土的使用壽命，具有可觀的技術經(jīng)濟價值和社會效益。
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