碳纤维混凝土抗渗性能研究

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第25卷第6期山东建筑大学学报V01．25No．62010拄12月JOURNALOFSHANDONGJIANZHUUNIVERSITYDec．2010文章编号：1673—7644(2010)06—0599—03碳纤维混凝土抗渗性能研究闫忠明(山东大学新区建设管理办公室，山东济南250100)摘要：分析了影响混凝土抗渗性能的各种因素，为验证碳纤维能提高混凝土的抗渗性能，通过制备碳纤维混凝土抗渗试件，并对试件施加水压力，研究影响抗渗的各种因素及其影响规律，得出了当碳纤维掺量达到0．6％时，混凝土抗渗性能提高最显著，碳纤维长度为10mm时，混凝土抗渗性能最好，当纤维掺量低于0．2％时，水灰比对混凝土的抗渗性能影响较明显，当纤维掺量超过0．2％时，水灰比对混凝土的抗渗性能影响较小。关键词：碳纤维；混凝；抗渗性能中图分类号：TU502文献标识码：AResearchontheefectsofanti-permeabilityofcarbonfibreconcreteYANZhong-ming(NewCampusConstructionandMinistrationOffice，ShandongUniversity，Jinan250100，China)Abstract：Thispaperanalyzesvariousfactorswhichimpacttheimpermeabilityofconcrete．Throughthepreparationofcarbonfiberreinforcedconcretespecimensandtheexe~ionofwaterpressureonthesespecimens，itisprovedthatcarbonfibercanimprovetheimpermeabilityofconcrete．Whenthecarbonfibercontentreaches0．6％．theimpermeabilityofconcreteimprovesmostsignificantly．Whenthecarbonfiberlengthis10mm，theimpermeabilityofconcreteisbest．Whenthefibercontentislessthan0．2％．thewater-cementratioinfluencestheconcreteimpermeabilitymoresignificantly．Whenthefibercontentismorethan0．2％．thewater—cementratiohaslessinfluenceontheconcreteimper—meability．Keywords：carbonfibre；concrete；anti—permeability0引言渗性能¨J。在本论文中，对混凝土抗渗性问题的研究主要是在材料层次展开，即对碳纤维混凝土在20世纪30年代，人们开始关注混凝土的抗渗静水压力下抗渗性能等方面进行研究。碳纤维混凝土具有优良的力学性能、耐自然温差性能及抗渗性性能，到20世纪80年代，人们又重新对混凝土抗渗性能产生兴趣，通过对合成纤维以及膨胀剂在混凝能，在强碱环境下具有稳定的化学特性、持久的机械土硬化过程中对收缩开裂的影响进行研究，证明纤强度和尺寸稳定性，多次实验也说明碳纤维的存在维与膨胀剂改善了混凝土的多种性能，纤维能够对可以有效的防止和延缓渗水、潮湿气体和氯化物有膨胀产生很大的内部限制，抑制硬化期间混凝土的害物质对混凝土的侵蚀，从而能提高建筑物的耐久性。收缩裂纹，使得混凝土更加致密，从而极大地改进抗收稿Et期：2010—10—22作者简介：闫忠明(1973一)男，山东济南人，工程师，硕士，主要从事建筑结构研究．E—mail：ganzhengming@sdu．edu．cn 600山东建筑大学学报1．6环境条件1影响混凝土渗透性的因素环境因素如相对湿度、温度和大气中CO：也显著影响混凝土的渗透性。为了降低环境对混凝土渗1．1水灰比透性的影响，首先要减少混凝土对腐蚀性介质的易由于施工因素，混凝土中加水量常常过多，水泥感成分，提高自身的密实度；另外可在混凝土表面涂水化时留下较多毛细孔，超量的水在混凝土内部也刷保护层。留下孔隙，降低了混凝土的密实度，增加了孑L隙率和以上几条是影响混凝土渗透性的重要因素，而渗透性。碳纤维作为一种新型的材料，掺入混凝土中会大大1．2集料改善其抗渗性能。下面就通过实验观察各种因素的随着集料掺量的增加，界面区对混凝土渗透性影响，同时验证碳纤维的掺加如何提高了混凝土抗的影响加大，而集料吸收了浆的部分水，导致浆体本渗性能。身渗透性降低。I．3掺合料2碳纤维混凝土抗渗实验掺合料(火山灰、粉煤灰、矿渣)能使混凝土浆体结构得到改善，水灰产物填充孔隙，孔隙率降低，2．1实验目的孔径细化，连通性被阻断，从而降低渗透性。通过制备碳纤维混凝土抗渗试件，并对试件施1．4孔结构加水压力，研究影响抗渗的各种因素及其影响规律。影响混凝土强度的因素都可能影响到混凝土的2．2实验原材料及配合比渗透性，两者之间有一定的联系，因为混凝土的渗透2．2．1原材料性与连通的孔隙有关，而抗压强度是受总的孔隙率碳纤维：短切的PAN基碳纤维；水泥：P032．5R控制，大孑L对渗透性的影响比小孑L更为重要。普通硅酸盐水泥；石子：碎石，颗粒直径≤16ram；砂1．5混凝土制作工艺子，颗粒直径≤9．5mm；分散剂：甲基纤维素；硅粉；混凝土拌和过程中的材料投放顺序、加水量、搅减水剂。碳纤维的主要性能指标见表1。拌时间等环节及施工中振捣过度或不足会影响其抗2．2．2配合比渗性；养护时间越长，渗透性越小；龄期增长，水泥浆碳纤维混凝土的配合比如下表2所示，对比实体水化程度增加，浆体孔隙率减少，渗透能力降低。验根据不同的要求掺入不同量的碳纤维。表1PAN基碳纤维的基本技术指标注：硅粉为水泥用量的15％，甲基纤维素为水泥用量的0．4％。2．3实验过程把搅拌好的混凝土倒人模具中，在振动台上振2．3．1制备碳纤维混凝土实成型。尺寸：底部直径185mm，顶部直径175mm，取全部用水量约70％的温水(40。C左右)，把高度150mm。强度伴随试件尺寸为100X100X甲基纤维素置于水中并不断搅拌使其完全溶解，放100ram。人碳纤维搅拌，至碳纤维均匀分散，加入粗骨料，强2．3．3实验数据测定制搅拌，加入减水剂溶液搅拌2rain出料，可得到碳采用标准试验方法测定试件的抗压强度代表纤维分散均匀的碳纤维混凝土。值，另外，每组6个圆台试件，在抗渗实验仪上进行2．3．2试件的浇筑密封和加压，测定混凝土在恒定水压下和水压不断 第6期闫忠明等：碳纤维混凝土抗渗性能研究601变化下的渗水高度，计算相对渗透系数，比较不同混凝土的抗渗性。图1为混凝土试件示意图。3实验结果分析3．1不同碳纤维长度对抗渗性能的影响如表3和图2所示，为掺有不同碳纤维长度的碳纤维混凝土试件的渗透高度。毫幢平面图图1碳纤维混凝土抗渗试件示意图碳纤维长度／mm图2不同纤维长度的碳纤维混凝土渗透高度表3不同纤维长度对抗渗性能的影响结果比较从表3和图2中可以看出碳纤维长度的增加，一步增大，纤维在混凝土中的分散性变差，形成纤维混凝土的抗渗性能呈先增大后减小的趋势，在团，混凝土密实程度反而下降，致使混凝土的抗渗性6mm，lOmm，15mm三组不同长度的纤维混凝土中，能下降。i以lOmm的碳纤维混凝土的抗渗性较好，比素混凝3．2不同碳纤维掺量对抗渗性能的影响●●●53133O土提高了21％。这是因为随着碳纤维长度的增大，如表4和图3所示，为不同碳纤维掺量对碳纤×××___0OO纤维与混凝土基体的粘结牢度也增大，混凝土的密维混凝土抗渗性能影响的试验结果。一一一999实度增大，抗渗性能也得到提高；但是随着纤维的进表4素混凝土与碳纤维混凝土抗渗性能测试结果对比编号碳纤维掺量／％碳纤维长度／mm渗透压力／MPa平均渗透高度／era渗透系数／(cm·sI1)CFRC加l00O．84．6CFRC．02O．2O．84．3CFRC加I40．4O．83．9CFRC60．60．83．8CFRC_o80．8O．83．8CFRC．101．OO．84．0从图3和表4可知随着碳纤维掺量的增大，混凝土的抗渗性也呈增大趋势。当碳纤维体积掺量为0．2％时，混凝土的抗渗性比素混凝土提高13％；而善寇当碳纤维掺量达到0．6％时，混凝土的抗渗性比素讵混凝土提高了32％，但是当碳纤维含量继续增加时，其抗渗性能反而下降。这是因为，在混凝土中掺加适量碳纤维可有效地抑制其早期干缩裂缝的产生和发展，减少收缩裂缝，并有效抑制连通裂缝的产碳纤维体积分数，％(下转第628页)图3不同碳纤维掺量的混凝土渗透高度 山东建筑大学学报lare：Crypt2000[C]．Santanarbal'a：Springer—Verlag，2000．Springer—Verlag，2004．120—133．255—270．[12]崔强．一个安全的群签名方案[J]．山东建筑大学学报，[11]CamenischJ，GrothJ．GroupSignatures：betterefficiencyand2007，22(3)：260—262．newtheoreticalaspects[A]．CadoBlundo：FoahIntConfonSe·[13]王春晓，王凤和．一个改进群签名算法的攻击[J]．山东建cufityinCommunicationNetworks：SCN2004fC]．Amalfi：筑大学学报，2009，24(4)：334—336．“—_卜一—+一一—卜·+··+“—卜一—卜一+“+”+·—-卜一—+_·—一++·—-卜·+·+·+一+”—-··+·+-·+·+-+”+·++·-+一+(上接第601页)生；分布在混凝土中彼此相连的碳纤维降低了混凝4结论土表面的析水，使混凝土中的孔隙含量大大降低，可极大地提高其抗渗能力。当碳纤维体积分数达到碳纤维混凝土比素混凝土的抗渗性能大大提1％时，其抗渗性能反而降低，是因为碳纤维亲水性高，碳纤维掺量不同、长度不同对抗渗性能也有影较差，容易吸附气泡，使混凝土内部微小气泡增多，响，加入适量的碳纤维能显著提高混凝土的抗渗性孑L隙率增大，抗渗性能降低。能。本次实验证明当碳纤维体积掺量为0．2％时，3．3水灰比对碳纤维混凝土抗渗性能的影响混凝土的抗渗性比素混凝土提高13％；而当碳纤维采用不同水灰比，通过掺加不同碳纤维掺量来掺量达到0．6％时，提高了32％；当纤维长度为配置混凝土，研究混凝土抗渗性能随混凝土参数的lOmm，混凝土的抗渗性能最好，比素混凝土提高了变化规律。由此得出的混凝土抗渗性能随水灰比的21％；水灰比影响混凝土内部孔隙率以及孔隙结构，变化规律，如图4所示。水灰比越小，混凝土越密实，渗透系数越小，抗渗性越好，当纤维掺量低于0．2％时，水灰比对混凝土的抗渗性能影响较明显，当纤维掺量超过0．2％时，水灰比对混凝土的抗渗性能影响较小，当超过0．5时，：水灰比的影响几乎可以忽略。垛参考文献：[1]李志明，曹怀武，唐建民，等．普通强度等级增钙灰混凝土耐久性研究[J]．山东建筑工程学院学报，1997，12(2)：38—44．[2]逢鲁峰，李志明，孙彦文，等．高性能混凝土护筋性能研究[J]．山东建筑工程学院学报，1998，13(3)：lO—l4．图4不同碳纤维掺量的混凝土渗透高度[3]刘丽芳，王培铭，杨晓杰．纤维类型及参数对砂浆抗渗性能的影响[J]．同济大学学报，2005，33(10)：1347—1350．由图4可以看出，当碳纤维掺量相同时，随着混[4]邓世汉，张杰，唐做泽，等．纤维对混凝土抗渗性能及硬化水凝土水灰比增大，其渗透系数逐渐增大。可以看出泥浆体孑L结构的影响[J]．港工技术，2007(3)：34—37．水灰比影响混凝土内部孔隙率以及孔隙结构，水灰[5]王璨玉，许丹毅，张立勇，等．高强混凝土的抗渗性试验研究[J]．新型建筑材料，2006(10)：59—60．比越小，混凝土越密实，抗渗性越好。当纤维掺量低[6]孙道胜，郭育霞．聚丙烯纤维高性能混凝土抗渗性能的试验于0．2％时，水灰比其抗渗性能影响较明显；当纤维研究[J]．新型建筑材料，2006(11)：50—52．掺量超过0．2％时，水灰比对其抗渗性能影响较小，[7]易成，谢和平，孙华飞，等．混凝土抗渗性能研究的现状与进当超过0．5时，水灰比的影响几乎可以忽略。同时展[J]．混凝土，2003(2)：7—11当水灰比一定时，随着碳纤维掺量的增加，其渗透系[8]贺霞，史庆轩，刘元展．混凝土渗透性的影响因素及改善措数逐渐变小。可以看出掺入适量碳纤维可以有效控施[J]．科技技术与工程，2007，7(20)：5430—5433．[9]赵铁军．混凝土渗透性[M]．北京：科学出版社，2006．制混凝土的渗透性。