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解決混凝土塑性裂縫的長堅纖維技術優點

文字:[大][中][小] 發布時間:2017-05-26

解決混凝土塑性裂縫的長堅纖維

技術優點

長堅纖維加入各種混凝土及其制品中,具有以下優點:

1.塑性階段

a)防止塑性收縮和沉縮裂縫

加入長堅纖維,可增加混凝土在塑性階段的延性,從而提高混凝土的強度。減少了拌合物泌水現象,考慮到合理的水化作用,可降低水灰比,從而有效地防止了收縮和沉縮裂縫。

2.硬化階段

a)增加抗沖擊韌性

大部分混凝土是脆性破壞的,但加入了長堅纖維后,可提高混凝土的延性。因為混凝土開裂時,將纖維從混凝土中拉出需耗費較多的能量。

b)增加耐磨性

長堅纖維在混凝土攪拌過程中可控制水的遷移,減少了水泥漿和細骨料分離的可能性。它增強了水泥的水化作用,改善了與骨料的粘合強度,從而可以形成更致密、更耐久的使用表面。

c)增加防火性能

用于水泥基材料中的長堅纖維的熔點大約在154℃,在高溫情況下,纖維熔解后混凝土中會形成無數的空穴,使易于水蒸汽疏導,這將明顯地減少混凝土爆裂現象。實際上,目前的實驗結果表明,纖維的加入,已經消除了高溫狀態下水泥石的爆裂。

d)改善對水和化學介質的抗滲性

混凝土中的孔隙減少,滲透性降低。這將會使混凝土表面對水、化學物質和其他物質的吸收速度減慢。

e) 提高抗凍性

加入了長堅纖維改善了混凝土的抗凍性,相當于提高了其耐久性,其機理與加氣混凝土相似。

f)附加預應力

長堅纖維是控制裂縫用鋼筋網片的經濟替代品,那些鋼筋網片通常放置在承重樓板上部以控制裂縫。但它不能替代任何結構上的鋼筋。當混凝土收縮,控制裂縫的鋼筋網片會產生反力,增加了混凝土的拉應力。鋼筋網片在混凝土出現裂縫后才開始承受拉力,然而長堅纖維可以防止混凝土裂縫的產生。

長堅纖維是惰性的,它對混凝土材料組份都沒有副作用。

長堅纖維混凝土技術介紹

簡介

在參考了至今為止積累的大量測試數據的基礎上,本文介紹了長堅纖維的功能和優點。全部引用的實驗數據都是獨立進行并且獨立核實的。在英國,British Board of Agrément 監督了大多數的測試,并給予官方認可。這種認可正在被擁有技術授權組織的其他國家(特別是那些參與UEAtc和EOTA的組織)接受。

所摘錄的其它數據,包括原始的研究和實驗的其它數據,摘自正式被美國混凝土學會收錄的文章。

纖維的功能

長堅纖維的主要功能是從本質上改善了混凝土性能,有以下幾個因素:

? 改善了水泥漿的流變性從而減少了離析,泌水和沉縮等。

甚至在微觀層次上,防止前期的裂縫產生。

長堅纖維在下列狀態下進行測試,顯現出它的優點:

? 澆搗完畢后,初凝前。

? 初凝后硬化前,例如,塑性階段。

? 在硬化后,混凝土完全成型階段。

在理想狀態下,長堅纖維可最大程度發揮它的優點,同時最大程度降低負面的影響。它的一個主要應用就是用來替代底板中抗裂鋼筋網片。其細節問題在下面章節將詳細討論,同時通過對比實驗來證實長堅纖維在此方面具備的優勢。

長堅纖維

長堅纖維是解決水泥制品上述缺陷的最先進可行的方法,在后章節將詳細介紹。該纖維的生產技術已經在歐洲和美國申請了專利。

長堅纖維已在世界各地廣泛使用,采用的商標名稱有:“Crackstop”、“Fibrin23”、“Fibrin Fiberflex”、“Fiberflex”、“Polymassa”、”Polycret”,“Grace”等等。

強盛有限公司(香港)(FULLY STRONG LIMITED)已同FITESA S.A.公司(巴西)和ADFIL-Anglo-Danish纖維工業有限公司 - 原Fibrin(Humberside) 有限公司 - 簽署了有關合同,獲得了獨家代理長堅纖維的許可。

這種用于增強混凝土性能的纖維具有以下特征:

? 采用優質纖維,形成特效纖維表面。

? 采用纖維束和浸潤劑,具有良好的分散效果。

? 采用聚丙烯原料,保證了纖維的韌性、耐久性和化學惰性。

塑性狀態性質

長堅纖維影響了混凝土的流變性從而降低了沉縮、泌水和離析。下面的對比實驗結果證實了混凝土中應用這種纖維的作用。

混凝土坍落度

摻有長堅纖維的混凝土的坍落度將降低10%。這并不意味著混凝土的和易性降低了,因為坍落度指標并不能全面表征和易性。坍落度降低的原因是這種纖維引起了一種特殊的觸變效果,這影響了一些靜態測試結果,如坍落度試驗。長堅纖維混凝土的坍落度設計應該取用摻入纖維前的指標。否則應考慮摻入纖維導致的10%的降低值。

泌水性

在長堅纖維混凝土泌水性能測試中,泌水程度降低4.87%~5.8%,這個實驗也證實了混凝土沉縮值的降低。水泥漿硬化過程中,混凝土中存在水化和固化作用,此時混凝土特別容易發生裂縫?;瘜W反應導致混凝土體積產生較大的收縮,這時體積的減小值遠超過混凝土在隨后時間內發生的收縮。

正如先前所進行的測試,塑性收縮測試也是在BBA的監督下采用修改后的Kraii測試方法。Kraii法主要流程包括混凝土板澆注及表面通風干燥。Kraii測試方法已經出現多種修訂版,用來測試不同的混凝土在易于開裂的早齡期裂縫出現的相對趨勢。本測試方法及其修訂版,已經被廣泛的應用。它采用混凝土板替代與實際應用差異較大的混凝土環進行測試,其結果非??煽?。

在BBA測試中,每次測試用三個600平方毫米,厚度為50毫米的預制板?;炷镣ㄟ^空氣流干燥(溫度為28°C,RH40%),通過表面的空氣流速度為每秒7米,理論上水份蒸發速度至少為1.5公斤/平方米/小時。在測試中,這樣的干燥條件保持了24個小時。

在這些測試中,為了使其更容易產生裂縫,增加了混凝土中膠凝材料含量,并且加入了硅灰和PFA。

測試的結果表明即使在易于產生裂縫的配合比和苛刻的干燥條件下,僅加入0.6公斤/m3的長堅纖維,就完全消除了裂縫。(所有可見的裂縫, 即使寬度小于0.1mm都被記錄下來).

硬化混凝土

如前面所討論的,將長堅纖維加入到混凝土基礎底板比采用鋼筋網控制裂縫的更加有效?;炷恋装迨歉鶕炷翉姸榷O計的,加入長堅纖維極大地改善了基礎材料的可靠性,而不是僅僅降低失敗后的負面影響。

由于改善混凝土的特性,從而提高了混凝土底板整體的耐久性。這些由BBA監督的測試表明混凝土的耐久性在下面幾個方面得到改善。

降低滲透性

表面初始吸水性測試

表面初始吸水性測試(ISAT)是一個比較完善的測試,正如它的名稱所表明的,其目的是測試混凝土的表面吸水性。這對混凝土的耐久性相當重要。

這個測試的結果概要如下:

表面吸水性對比

Covercrete 測試

長堅纖維的一大優點是它避免了鋼筋混凝土中控制裂縫的鋼纖維具有的腐蝕問題,這種腐蝕經常導致混凝土過早破壞。

長堅纖維還可以通過包裹和保護鋼筋,來提高混凝土的耐久性能。一個專門用于測試混凝土吸水性對保護鋼筋的影響的方法就是Covercrete吸水性試驗,由Dundee大學發明,該方法詳細描述見1987年12月的雜志《水泥研究》(Concrete Research)

長堅纖維混凝土的吸水性可降低27%。

更佳的抗凍性

BBA檢驗表明長堅纖維可以代替加氣劑以增加混凝土抗凍性。

以上是對長堅纖維混凝土進行了凍融循環測試所獲數據,采用的混凝土對照試樣符合英國標準5075 第二部分附錄C。該測試包括:制備至少4根混凝土柱子,在-15℃下放置16小時,20℃下放置8小時,按此條件反復進行數次,然后測試樣品在長度方向上的變化。長堅纖維混凝土及對照樣的結果如上:

可以看出:每立方米混凝土中加入0.6kg長堅纖維就可以顯著降低凍融測試中樣品徑向上的伸長,低于對照混凝土試樣的1/10。

更高的抗沖擊性能

在混凝土建筑中,沖擊破壞,尤其在混凝土板的表面和邊緣的破壞是最常見的。BBA采用的抗沖擊測試方法是反復落錘沖擊,詳細資料見ACI委員會544在1988年ACI材料雜志(ACI Materials Journal)上的描述。

該試驗中采用的重錘與土擊實試驗所用的相同,錘頭重4.54kg,從18 inch(457mm)高的地方自由落下??蓞⒖糀STM D 1557與英國標準1377:第一部分:1990。

錘反復擊打放在混凝土樣品上的硬鋼球上,記錄出現初始裂縫時的沖擊次數。

長堅纖維混凝土可以承受100次沖擊,而普通混凝土樣只能承受17次,抗沖擊性能提高了5倍多。

混凝土防裂鋼筋網片的替代品:長堅纖維

BBA觀察與測試

BBA的檢驗報告陳述如下:

長堅纖維可以代替鋼筋網片來控制混凝土中的裂縫,但是不能代替結構上的增強鋼筋,并且應采用常規的養護方法。

這些關于裂縫控制的參考文獻很重要,它們顯示了一個共識:鋼筋網片可以在底板中產生預應力,但此預應力僅能用于控制裂縫。

如下參考取自TR34等:

BBA對Kraii測試方法進行了修改,以比較長堅纖維與鋼筋網片的裂縫控制功效。結果表明長堅纖維加入量為0.6kg/m3時,與A142鋼筋網片相比,其裂縫降低了92%(A142鋼筋相對于普通混凝土其裂縫出現率降低了50%)。

謝菲爾德測試

為了對比鋼纖維與長堅纖維的效果,專門設計了一個尺寸模型試驗,該試驗采用的模型是一塊長5.5米,寬3.0米,厚度為175毫米的混凝土板。本試驗中實際數據波動較大,因此本試驗的目的只是比較不同的破裂方式而不是破裂時的應力。從這個方面來說,應力應變的關系是最重要的,而不是破裂時的應力。要測得像底板這樣實際隨動態荷載的構件的破壞應力,要測得像底板這樣實際承受動態荷載的構件的破壞應力,靜態試驗是無能為力的。

本試驗的結果表明:普通纖維混凝土板顯示出在施加荷載數值達到破壞荷載一半以后,應力應變關系會明顯地偏離線性關系。而防裂混凝土板在破壞之前始終保持線彈性的應力應變關系。

應力應變關系是非線性的原因通常認為是由于此時混凝土板內的裂縫開始擴大。長堅纖維阻止了前期裂縫的繼續擴展,使應力應變繼續保持彈性關系。沒有裂縫的板的抗疲勞性能要明顯優于含有裂縫的板。

更好的耐火性能

測試表明采用長堅纖維可以顯著提高混凝土的耐火性能。獨立的測試表明我們的纖維在600℃下放置1小時后的抗彎性能高于同類混凝土。應用該纖維可以提高混凝土在高溫下的抗爆性能(按BS 476測試)。最近Rail Link Engineering按該標準進行的測試得到了如下的結論:“加入長堅聚丙烯纖維后,在測試的全過程中都顯示出了優越的耐火性能,摻加了特定纖維的混凝土沒有產生任何爆裂現象?!?

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