纤维掺量对混凝土抗压性能的影响研究

2013毕业论文

纤维掺量对混凝土抗压性能的影响研究

专业___无机非金属材料工程____

学生

指导教师

摘要

纤维可有效改善混凝土的性能，在素混凝土基体中掺入均匀分散的短纤维使其具有优良的抗拉、抗弯、抗疲劳、抗冲击性能以及耐磨耗、韧性高等特点。为了分析聚丙烯纤维掺量对混凝土抗压强度的影响，对水泥、石子、砂子等原材料进行了性能检测实验，并运用正交试验方法在纤维长度、纤维掺量、粉煤灰掺量、减水剂掺量等影响因素下对聚丙烯纤维混凝土的28天抗压性能的影响作了分析。实验结果表明：聚丙烯纤维的掺入可以有效改善新拌混凝土的和易性，能够增强混凝土试件的外观质量，减少试件表面蜂窝、麻面、气孔、细小裂纹，同时聚丙烯纤维还可以明显改善混凝土试件的破坏形态，使试件裂而不碎。纤维掺量对混凝土的抗压强度随着纤维掺量的提高而降低，纤维掺量0.15%混凝土比纤维掺量0.10%混凝土抗压强度降低了0.018%，纤维掺量0.20%混凝土比纤维掺量0.15%混凝土抗压强度降低了4.197%。纤维长度因素影响抗压强度最明显；纤维掺量﹑粉煤灰掺量等因素影响抗压强度较明显；减水剂掺量对抗压强度影响不太明显。

关键词：聚丙烯纤维；抗压强度；混凝土；纤维掺量

Abstract

Fiber can effectively improve the performance of concrete, the concrete matrix mixed with short fiber uniformly dispersed so that it has an excellent tensile, bending resistance, fatigue resistance, impact resistance, high toughness and wear characteristics. In order to analyze

the influence of polypropylene fiber on compressive strength of concrete, the performance experiments of cement, gravel, sand and other raw materials, and the use of orthogonal test method in fiber length, fiber volume fraction, the amount of fly ash, the amount of super plasticizer and other constraints of polypropylene fiber concrete 28 days compressive the performance is analyzed. The experimental results show that: the addition of polypropylene fiber can effectively improve the workability of fresh concrete, can enhance the appearance quality of concrete, reduce the specimen surface, and the cellular, holes, small cracks, and polypropylene fiber can also improve the concrete failure mode of specimens, the specimens cracked but not broken. The compressive strength of fiber content on concrete decreases with the increase of the content of fiber, fiber volume fraction of 0.15% concrete were 0.018% lower than the compressive strength of the fiber content of 0.10% concrete, fiber volume fraction of 0.20% concrete were 4.303% lower than the compressive strength of the fiber content of 0.15% concrete.. The most obvious influencing factors of compressive strength of fiber length; compressive strength of fiber content, the amount of fly ash and other factors is more obvious; effect of dosage of water reducer on the compressive strength is not too obvious

Key words: polypropylene fiber; compressive strength; concrete; the content of fiber

目录

0 绪论 (1)

0.1 研究的目的和意义 (1)

0.2 与纤维混凝土有关的国内外研究现状分析及存在的问题 (1)

0.2.1聚丙烯纤维混凝土在国外的发展与应用概况 (1)

0.2.2聚丙烯纤维混凝土在国内的发展与应用概况 (2)

0.2.3 聚丙烯纤维混凝土应用存在的问题 (3)

0.3 本文研究的主要内容 (4)

1. 原材料试验 (4)

1.1 纤维特征 (4)

1.1.1 土木工程对合成纤维的基本要求 (4)

1.1.2 纤维特征 (5)

1.2 砂子试验 (6)

1.2.1 砂子的筛分析试验 (6)

1.2.2 砂子的含泥量试验 (7)

1.2.3 砂子的堆积密度试验 (8)

1.2.4 砂子的表观密度试验 (9)

1.2.5 砂子的物理性质 (10)

1.3 碎石试验 (10)

1.3.1碎石的筛分析试验 (10)

1.3.2 碎石的堆积密度试验 (11)

1.3.3 碎石的表观密度试验 (11)

1.3.4 碎石的物理性质 (12)

1.4水泥试验 (12)

1.4.1 标准稠度用水量试验 (12)

1.4.2 凝结时间测定 (13)

1.4.3 安定性试验 (13)

1.4.4 试验检测结果汇总 (14)

2. 聚丙烯纤维混凝土的抗压实验 (14)

2.1 试验配合比设计 (14)

2.1.1配合比设计思路 (14)

2.1.2配合比设计计算 (15)

2.1.3 新拌混凝土性能测试记录 (19)

2.1.4新拌混凝土测试结果分析 (19)

2.1.5纤维混凝土的拌制工艺 (19)

2.2 聚丙烯纤维混凝土的抗压性能试验 (20)

2.2.1实验仪器 (20)

2.2.2 测试步骤 (20)

2.2.3 试验结果计算 (21)

2.2.4 数据整理 (21)

3 结论 (24)

鸣谢 (25)

参考文献 (26)

纤维掺量对混凝土抗压性能的影响研究

0 绪论

0.1 研究的目的和意义

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，是一种充满生命力的建筑材料。随着材料的不断发展，人们对混凝土的要求也不断提高。而纤维在提高混凝土性能方面扮演着日益重要的角色。聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维，被称为混凝土的“次要增强筋”。大量的室内试验和工程实践证明，聚丙烯纤维混凝土具有抑制塑性收缩裂缝、抗冲击和弯曲疲劳性能较好、抗松散性较好、剩余强度较高、抗渗性较好、抗拉及抗折弯强度有所增加、耐气候老化、抗冻融性较好等优点。利用这些优点，聚丙烯纤维混凝土在高层建筑的地下室、污水处理厂的污水池、港区路面、高速公路路面、码头货物料场以及地下洞室、护坡等工程中得到了广泛的应用，并收到了良好的效果。

在水泥混凝土中掺入有机纤维后其抗压性能的研究比较热门，本研究旨在进一步研究在混凝土中掺入有机纤维后其抗压性能的变化规律。通过本实验的研究，试图发现聚丙烯纤维对混凝土抗压强度的影响，以利于将所得的结论应用于实际的工程实践中。同时通过研究锻炼并提高自己的独立分析问题和解决问题的能力，加深对所学相关课程的认识和理解，为今后从事混凝土材料性能分析和研究打下坚实的基础。

0.2 与纤维混凝土有关的国内外研究现状分析及存在的问题

0.2.1聚丙烯纤维混凝土在国外的发展与应用概况

国外对聚丙烯纤维的研究可以追溯到上个世纪60年代，那时就有人发现在水泥净浆与砂浆中掺入少量聚丙烯纤维可以明显提高其抗冲击性能。此后，英国将短切聚丙烯膜裂纤维少量(≤0.05%)掺加于混凝土中用以制造桩壳、墙板、浮体等预制品。1970年美国开始大力开发丝束相连的膜裂聚丙烯纤维，用以代替钢筋网片来控制混凝土的收缩。近20多年来又陆续开发出一系列可掺入混凝土中的单丝合成纤维，如聚丙烯、尼龙聚酷、聚乙烯等，其中聚丙烯单丝纤维因其价格低廉、化学耐腐蚀性高，并且来源较广而最吸引人。国外的研究发现,聚丙烯纤维对混凝土的作用主要是限制了混凝土早期裂缝的生成与发展，增强了混凝土的耐久性。聚丙烯纤维的阻裂效应主要体现在消除或减轻了早期混凝土中原生裂隙的发生和发展，钝化了原生裂隙尖端的应力集中，使介质内的应力场更加持续和均匀。其中文献对聚丙烯纤维的性能进行了研究。研究发现，

聚丙烯纤维对混凝土抗拉强度的提高可达到90%,劈裂抗拉强度可达到20%。聚丙烯纤维并不能提高混凝土的抗压及弯曲强度，但可以大大提高混凝土的冲击力及弯曲韧性。聚丙烯纤维混凝土的冲击力随纤维掺量的增长而增长，但纤维的抗压与抗弯强度随纤维掺量的增长而减小在高温环境下，低熔点的聚丙烯纤维增强混凝土后，混凝土不会发生碎裂。高熔点的钢纤维、碳纤维与低熔点的聚丙烯纤维混合能显著提高混凝土的高温特性。总之，聚丙烯纤维改善混凝土的性能主要是通过物理力学作用来改善混凝土的内部结构的，并不能改变混凝土中各种材料本身的化学性能。而且，由于聚丙烯纤维自身较低的弹性模量，使其对荷载的传递能力和约束硬化混凝土裂缝扩展的能力相对较弱。

目前在国外应用较广泛的聚丙烯纤维为美国希尔兄弟化工公司生产的杜拉纤维，它可以极为有效地控制混凝土或砂浆的塑性收缩、干缩、温差变形等因素引起的微裂缝，防止及抑制裂缝的形成及发展，大大改善混凝土的抗渗性能、抗冲击及抗裂性能。在美国、加拿大、澳大利亚、日本、韩国、墨西哥等国家，杜拉纤维被广泛地使用于地下结构、工业与民用建筑、桥梁工程、工程防水、地面以及道路中。

0.2.2聚丙烯纤维混凝土在国内的发展与应用概况

国内关于聚丙烯纤维混凝土的研究起步较晚，而且是随着国外聚丙烯纤维在国内重大建设项目中的大规模应用开始的，目前的研究主要集中于聚丙烯纤维混凝土的物理和力学性能。近年来。在我国的工程建筑界聚丙烯纤维混凝土的应用已经有了长足的发展。经过多年的广．聚丙烯抗裂纤维——杜拉纤维(Dura fiber)已经在全国20多个省、市、自治区的一千多个各类工程中得到了成功的大面积应用。主要用在道路、桥梁、机场、地铁、工业及民用建筑、水利工程以及预制构件、保温材料、干粉砂浆等各个方面。

聚丙烯纤维混凝土在桥梁工程中的应用：在桥梁工程中，用纤维混凝土作桥面铺装层可有效地抑制和减少裂缝，增强桥面的防水性和抗破碎能力，减缓钢筋锈蚀和延长结构的使用寿命。以聚丙烯纤维混凝土取代金属网作公路、桥梁路面的加强结构，成功解决了桥面混凝土容易产生裂缝的难题。

聚丙烯纤维混凝土在道路工程中的应用：在公路和飞机场跑道面上使用聚丙烯纤维混凝土，可有效控制路面的塑性龟裂，抗冲击破碎和抗磨损能力提高一倍，抗疲劳性能增加三倍，使混凝土路面的完好性延长5年～10年。在国外，聚丙烯纤维混凝土已成为机场跑道、停机场、机库、地下传输管道等工程的综合加固措施之一。

聚丙烯纤维混凝土在工业与民用建筑工程中的应用：用聚丙烯和其他有机原料制备的合成纤维，都具有很高的变形性，可以大大增强混凝土的抗拉、抗渗和抗裂能力，因此，聚丙烯纤维混凝土可以广泛应用于工业与民用建筑的地下室工程、屋面、停车场、贮水池以及大体积混凝土中，聚丙烯纤维混凝土也可用于高层建筑的大体积混凝土中，用来减轻混凝土的温度裂缝。在停车场、停机坪网球场、上人屋面等承重面的施工场合，采用聚丙烯纤维混凝土可以解决抗冲击、抗疲劳

等老大难问题，已经在国内有工程实例。

建筑结构、地下防水及预制构件：国家大剧院基础底板和地下室防水采用C30P16防裂抗渗聚丙烯纤维混凝土，于2002年初浇注施工，该混凝土搅拌后纤维分散均匀，无絮凝结团现象，拌和物有良好的饱水性和粘聚性，泵送性能优良，在整个浇注过程中未发生堵塞。强度和抗渗等级均满足设计要求，目前未发现可见裂缝。

水利结构，防水抗渗及管道工程的应用：2001年，吉林水利实业公司在吉林省梅河V1市进行的渠道防渗护砌试验工程，则是在全国水利工程中较早采用了改性聚丙烯纤维混凝土的应用实例。浙江省宁波市将聚丙烯纤维混凝土用于水库大坝面板、溢洪道进水渠底防护工程。该工程于2001年4月通过了国家验收，其中改性聚丙烯纤维混凝土面板达到了国际领先水平。由于聚丙烯复合纤维混凝土抗裂能力、抗渗性能有显著提高，抗冲击性能比其他复合纤维更加显著，还能提高混凝土的抗冻和抗疲劳性能，将之广泛应用在防护工程中不仅能有效地解决目前洞库和地下指挥所的抗渗问题，还可以提高结构的抗打击能力。

其中不乏许多重要的大型工程和具有典型意义的工程，如20世纪90年代，中国纺织大学开始进行改性聚丙烯纤维的研制。1999年防水专家将以杜拉纤维为代表的聚丙烯纤维写入《深圳建筑防水构造图集》，广州、北京等地依据大量的工程实践数据和专家论证，在轻板墙体工程、保温工程方面采纳了杜拉纤维规格、掺量和做法，将聚丙烯纤维的使用纳入了地方技术规程之后继续扩大的工程实践，以及其它许多品牌工程用纤维的大量推广和应用，为我国合成纤维混凝土开拓了一个良好的发展势头。

0.2.3 聚丙烯纤维混凝土应用存在的问题

聚丙烯纤维混凝土在我国应用广泛．但是目前还存在一些问题应引起重视。

（1）聚丙烯纤维对硬化混凝土性能的影响:

掺入聚丙烯纤维后,混凝土的抗渗性提高,氯离子扩散系数增大,碳化深度增大,这是因为不同介质在不同孔径中的传输机理不同。水在孔径大于100nm的混凝土毛细孔中传输以渗透为主,由于毛细作用而充水后,压力水的渗透符合达西方程;在孔径小于100nm时,水已无法在孔中形成粘性流(层流或者紊流),介质是以一个一个分子或者离子迁移的,即由于吸附的扩散。当某种离子在混凝土内外存在浓度差时,能沿孔壁由高浓度处向低浓度处迁移,以扩散为主,符合菲克定律。掺入纤维切断了可渗水的较大毛细孔通路,但却增加了纤维和水泥浆体界面小于100nm的毛细孔,氯离子扩散系数和碳化深度的增加即缘于此,所以在有侵蚀性介质存在的环境中使用合成纤维不利于保护钢筋。

(2)缺少国家技术规程。聚丙烯纤维混凝土目前在我国不同类型工程和不同地区气候条件下的应用实践中取得了一定成功，被证实是一种有效的建筑材料。由于聚丙烯纤维的生产属于化纤行业。而使用者为建筑工程界。对化纤生产、产品质量、技术要求是生疏的，无法从直观上判断纤维的优劣，因此纤维的抗拉强度、伸展极限、握裹力等内在质量需要靠工程实践来证实．由于缺少相应的国家技术规程，在工程实践中凭经验判断，对工程安全质量留下了隐患。

(3)某些聚丙烯纤维材料在添加上要求苛刻，比如在混凝土掺合过程中不允许出现絮状结团，否则其效果将大受影响。而我国目前建筑施工企业在施工管理上还比较粗放．建筑工程施工人员素质普遍不高，在大规模施工使用合成纤维混凝土，如果操作不当．容易主观影响合成纤维混凝土的配制以及使用效果。

0.3 本文研究的主要内容

通过不同纤维掺量，不同减水剂掺量，不同粉煤灰掺量和不同纤维长度的正交实验设计研

究上述因素对聚丙烯纤维混凝土抗压性能的影响。本文研究的主要内容是①不同掺量的纤维与

不同长度的纤维在减水剂共同作用下和易性的变化。②不同长度的纤维（10mm、12mm和19mm）与掺量不同的纤维体积掺量分别是（0.10%、0.15%和0.20%）在标准养护的条件下，对混凝土28天抗压性能的影响。

据试验所测得的数据，对聚丙烯纤维混凝土抗压性能进行分析和讨论，尤其是要把掺加聚

丙烯纤维的混凝土与素混凝土的抗压性能进行对比，然后应得出聚丙烯纤维对混凝土抗压性能

的影响，同时也应该对不同长度的聚丙烯纤维（本试验中聚丙烯纤维的长度是10mm、12mm

和19mm）对混凝土抗压性能的影响进行分析并得出结论。并对设计的技术方案进行综合评价，提出具有较好的抗压性的水泥混凝土配合比设计方案，并归纳、总结取得的成果和欠缺之处。

1. 原材料试验

1.1 纤维特征

1.1.1 土木工程对合成纤维的基本要求

（l)纤维物化性能及几何特征：纤维物化性能与纤维在混凝土中的抗腐蚀等耐久性密切相关。混凝土中使用的纤维必须有高抗碱、抗酸、抗生物侵蚀等性能。研究表明：纤维的抗腐蚀

耐久性取决于纤维原料的纯度，100%纯的聚丙烯，聚丙烯睛高分子合成材料生产的纤维具有良

好的抗腐蚀性能。人造纤维的长度和直径差异非常大，单根细丝纤维的直径可以小到10μm，

如Kevlar纤维和碳纤维，人造纤维的直径也可以大到0.8mm,如聚丙烯和聚乙烯醇纤维。一般

在混凝土应用中，细纤维的长径比超过几百，而粗纤维的则小于100，大部分人造纤维（玻璃

纤维、碳纤维、Kevlar纤维）的横截面是圆形或接近圆形，扁平的人造纤维通常由一大片切割

而成。低掺量的切膜纤维可用于控制混凝土的塑性收缩裂缝。此外，纤维的表面几何特征对纤

维与混凝土基体的界面豁结性影响较大。光面的纤维与混凝土基体勃结性较差，各种变形纤维

与混凝土之间的黏结性能较高。

（2)纤维分散性：合成纤维混凝土的所有力学性能都与纤维在混凝土中的分散性密切相关。如果纤维不能均匀分散在混凝土中，混凝土的最终强度会下降许多，纤维在混凝土中不能真正起到抗裂性的作用，相反，混凝土的抗裂性、抗渗透性、抗冻性、抗冲击性降低。因此，合成纤维一个重要问题是分散性问题。

（3)试验中应注意的问题：由（2)可以看出，合成纤维的最大问题是必须确保纤维的均匀分散性。如果纤维的分散性得不到保障，那么纤维在混凝土中就可能会有负面的作用，这也是区分纤维性能优、劣的重要方面。

（4）理论分析和试验结果都表明，为了在混凝土基体中取得好的增强效果，纤维必须具有如下的特征：①抗拉强度明显高于混凝土的抗拉强度（高2—3个数量级）；②与混凝土基体的黏结强度最好大于或等于基体的抗拉强度；③除非用纤维增强自应力，否则纤维的弹性模量应明显高于混凝土的弹性模量。而且，其他参数也是一样的，拉力作用下延性纤维的性能要好于脆性纤维；纤维与基体发生滑移时，滑移—硬化或延性的纤维要好于脆性的或滑移—软化的纤维。纤维的泊松比和热膨胀系数应该与基体相当。如果纤维的泊松比明显大于基体的泊松比，在拉力作用下将发生脱黏破坏。但是，这些缺点可以通过各种方法去克服，如通过表面变形来产生机械咬合锚固。

1.1.2 纤维特征

建必特聚丙烯纤维产品用途：

适用所有类型的混凝土建筑。展示坚韧的需求，防止内部龟裂和改善水密效果。道路混凝土：高速公路路面、收费站、机场跑道、停坪、桥梁铺层。停车场等工民用建筑混凝土/砂浆刚性抗裂自防水：高层建筑的地下室底板、侧墙、顶板、转换梁；货仓、厂房地板；水坝、码头；水池、化污池、水渠道；屋面、外墙抹灰、金属板之混凝土罩面屋等。

水泥制品：保温/隔热墙板，泡沫混凝土，水泥预制板、管等。

喷射混凝土/砂浆：遂道衬砌等薄壁结构；基坑支护、加固等。

本试验采用的纤维是上海市建必特实业发展公司生产的聚丙烯单丝纤维。

其参数见表1-1：

表1-1 建必特聚丙烯纤维的物理化学性能

纤维性质建必特纤维

纤维类型束状单丝

比重0.91 g/cm3

纤维长度(mm) 10mm、12mm、19mm

纤维直径20μm、38μm

熔点(℃)165℃

燃点(℃)590℃

抗垃强度(Mpa) 560～770 MPa

弹性模量(Mpa) >3500 MPa

安全性无毒材料

吸水性无

碱阻抗极高

抗老化性极好

含温度<0.1%

抗低温性经-78℃实验检测性能无变化

断裂伸长率 (%) 12

导电性低

注：可根据用户的需要生产不同纤维直径和长度规格的产品。

1.2 砂子试验

砂子试验依据标准为JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》。

1.2.1 砂子的筛分析试验

⑴试验仪器：

试验圆孔筛、天平、摇筛机、浅盘和软硬毛刷、烘箱。

⑵试样的制备：

先将粒径大于10mm的颗粒筛除，并算出筛余百分率。如果试样的含泥量超过5%，应先用水洗烘干至恒重再进行筛分。取每份不少于550g的试样两份，分别倒入两个浅盘中，置于烘箱至恒重冷却至室温后备用。

⑶试验步骤：

①称量烘干了的砂500g，倒入按筛孔大小顺序9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、

0.30mm、0.15mm排列的套筛的最上一个筛内。加盖后，将其装入摇筛机内固紧。

②摇筛10分钟后取出套筛，按筛孔大小尺寸，在清洁的浅盘上逐个手筛，直至每分钟筛出

量不超过试样总量的0.1%时为止，通过的颗粒并入下一筛中，按此顺序进行，直到每个筛筛完为止。

③称量各筛筛余量，精确至1g，最后各筛的筛余试样的质量和浅盘中剩余试样的质量的和与筛前试样的质量相比，其差值不超出总质量的1%。试验结果见表1-2。

④细度模数Mπ的计算：

Mπ= (A2+A3+A4+A5+A6－5A1)/ (100－A1) （1）式中：A1、A2、A3、A4、A5、A6—依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、

0.30mm、0.15mm筛上的累计筛余百分率。

⑷试验结果

表1-2 砂子筛分析结果记录

筛分析（干样品质量 500 g）

筛孔尺寸(㎜) 9.50 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 筛底细度

模数

第一次筛分筛余g 0 2 4 12 47 185 131 116 1.4 筛余% 0 0.4 0.8 2.4 9.4 37 26.2 23.2

累计% 0 0.4 1.2 3.6 13.0 50.0 76.2 99.4

第二次筛分筛余g 0 1.5 4.5 12 47 185 131 116

1.4 筛余% 0 0.3 0.9

2.4 9.4 37 26.2 2

3.2

累计% 0 0.3 1.2 3.6 13.0 50.0 76.2 99.4

平均累计筛

余%

0 0.35 1.2 3.6 13.0 50.0 76.2 99.4 1.4

计算公式

Mπ= (A2+A3+A4+A5+A6－5A1)/ (100－A1) 级配

区属

特细砂区

结合砂的颗粒级配进而得出结论：该砂细度模数为1.4，属特细砂。

1.2.2 砂子的含泥量试验：

⑴试验前的准备

样品缩分至1100g，在温度为105±5℃的烘箱中烘干至恒重，取出并冷却至室温，称取各为400g试样（m0)两份备用。

⑵试验步骤

将一份置于容器中，并注入饮用水，使水面高出砂面约150mm，充分拌匀后，浸泡2h，然后用手在水中淘洗，使尘屑、淤泥与砂粒分离，并使之悬浮或溶于水中，缓缓地将浑浊液倒入公称直径为1.25mm、80μm的方孔套筛，（1.25mm筛放置于上面），滤过小于80um的颗粒，试验前筛子应先润湿，避免砂粒丢失。再次加水于容器中，直至筒内洗出的水清澈为止。用水

淋洗剩留在筛上的细粒，并将80um 筛放在水中来回摇动，以充分洗除小于80um 的颗粒，然后将两只筛上的剩留的颗粒和容器中已经洗净的试样一并装入浅盘，在温度为105±5℃的烘箱中烘干到恒重，称其质量（m 1）。 ⑶计算

砂中含泥量应按下式计算，精确至0.1%：

%

1000

1

0?-=

m m m c ω （2）

式中：w c ―砂中含泥量（%）

m 0―试验前的烘干试样质量（g ） m 1―试验后的烘干试样质量（g ）

以两个试样试验结果的算术平均值作为测定值。两次结果之差大于0.5%时，应重新取样进行试验。 ⑷试验结果：

表1-3 砂子含泥量试验结果

ωc

m 0 (g)

干质量m 1 (g) m 0－m 1 (g)

含泥量ωc (%)

[(m 0－m 1)/ m 0]×100%

评定值%

1 400 394.4 5.6 1.4% 1.4%

2

400

394.4

5.6

1.4%

1.2.3 砂子的堆积密度试验 ⑴试验前的准备

先用公称直径为5.00mm 的筛子过筛，然后取经缩分后的样品不少于3L ，装入浅盘，在温度为105±5℃的烘箱中烘干至恒重，取出并冷却至室温，分成大至相等的两份备用。 ⑵试验步骤：

取试样一份，用漏斗或铝制勺，将它徐徐装入容量筒（1L ），（漏斗出料口或料勺距容量筒筒口不应超过50mm ）直至试样装满并超出容量筒筒口，然后用直尺将多余的试样沿筒口的中心线向相反的方向刮平，称其质量（m 2） ⑶计算

堆积密度和紧密密度按下式计算，精确至10Kg/m 3：

1000)(1

2?-=

v

m m c L ρρ （3）

式中：

)

(c L ρρ―堆积密度（10Kg/m 3）

m1―容量筒的质量（Kg）

m2―容量筒和砂总质量（Kg）

V―容量筒容积（L）

以两次试验结果的算术平均值作为测定值。

⑷试验结果

表1-4 砂子堆积密度试验结果

堆积密度

ρL 桶质量

m1 (kg)

桶和砂总

质量m2 (kg)

桶容积V

(L)

实测值(kg/m3)

(m2－m1)×1000/V

评定值

kg/m3

1 0.874 3.726 1.0 2852

2852

2 0.874 3.726 1.0 2852

1.2.4 砂子的表观密度试验

⑴试验仪器：

天平、容量瓶、浅盘、烘箱、烧杯、干燥器、铝制料勺等。

⑵试样的制备：

将缩分至650克的试样在105±5℃烘干箱中烘干至恒重，并在干燥容器中冷却至室温备用。

⑶试验步骤：

①称取烘干的砂子试样300克（m0）,装入盛有半瓶冷开水的容量瓶中，摇转容量瓶使其在水中充分搅拌以排除气泡。

②塞紧瓶塞，静置24小时后打开瓶塞，再用滴管添水，使水面于瓶颈刻度线齐平，塞紧瓶塞，擦干瓶外的水分，称其质量m1(g),精确至1 g。

③倒出瓶中的水和试样，洗净瓶内外，再注入冷开水至瓶颈刻度线，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称其质量m2(g)，精确至1 g。

⑷试验结果：该砂的表观密度按下式计算：

ρ=[m0/(m0－m1) －a1]×1000kg/m3（4）试验的结果见表1-5

表1-5 砂子表观密度试验结果

表观

密度ρ水温

?C

修正

系数

αt

试样烘

干质量

m0(g)

样品、水、容

量瓶质量

m1(g)

水、容量瓶

质量m2(g)

实测值

ρ(kg/m3)

[(m0/m0+m2-m1)-

αt]×1000

评定值

kg/m3

1 24 0.007 300 867 679 2670

2670

2 24 0.007 300 867 679 2670

1.2.5 砂子的物理性质：

表1-6 砂子的物理性质

序号检测内容特细砂标准指标测试结果

1 表观密度(kg/m3) >2500 2670

2 堆积密度(kg/m3) >1350 2852

3 含泥量<3.0% 1.4%

4 颗粒级配级配合格特细砂区级配

5 细度模数≥0.7 1.4

6 含水率0.2%

7 吸水率0.6%

1.3 碎石试验

1.3.1碎石的筛分析试验

⑴试验仪器：

试验方孔筛、天平、摇筛机、烘箱、浅盘。

⑵试验步骤：

①称取5000g的风干试样。

②根据最大粒径选择试验试验用筛，并按筛孔的大小顺序过筛，直到每分钟通过的量不超过试样总量的0.1%。称取各筛的筛余质量，精确至试样总量的0.1%。

⑶试验结果,见表1-7。经测定分析该石子符合5—25mm的颗粒级配。

表1-7 碎石的筛分析试验结果

干燥试样总量m0(g) 第1组第2组5000 5000

筛孔尺寸(㎜) 筛上重

m i(g)

分计筛

余(％)

累计筛

余(％)

筛上重

m i(g)

分计筛

余(％)

累计筛余

(％) (1) (2) (3) (1) (2) (3)

26.5 44 0.88 0.88 0 0 0

16.5 2127 42.54 43.42 2260 45.2 45.2

4.75 2736 54.72 98.14 2652 53.04 98.24

2.36 81 1.62 99.76 75 1.50 99.74

筛分后总量

∑m i(g)

4988 99.76 4987 99.74

损耗m5(g) 12.0 13.0

损耗率(％) 0.24 0.26

1.3.2 碎石的堆积密度试验

⑴试验仪器：磅秤、台秤、容量筒、平头铁锹、烘箱。

⑵试验步骤：

按石子的最大粒径选用20L容量筒

之后称取容量桶的质量m1（kg），精确至10g，再将试样放在干净的铁板上。用铁铲将试样自距筒口5cm 处自由落入容量筒，装满容量筒并除去凸出筒口表面的颗粒，再用适当的颗粒填入凹陷部分，使其表面凸起部分与凹陷部分体积大致相同，称取容量筒和试样的总质量m2(kg)，精确至10g。

⑶试验结果,见表1-8。

表1-8 碎石的堆积密度试验结果

试验号

筒质量m1

（g）石子，筒质量

m2（g）

筒的体积

V（L）

石子的堆积密度

ρ0（kg/ m3）

平均堆积密度ρ0

（kg/ m3）

1 6250 42000 20 1788

1788

2 6250 42000 20 1788

1.3.3 碎石的表观密度试验

(1)试验仪器：

天平、广口瓶、方孔筛、毛巾、刷子。

(2)试验步骤：

①试验前筛去4.75mm以下的颗粒，称取1000g试样量。

②将试样浸水饱和后，装入广口瓶中。然后注满饮用水，用玻璃片覆盖广口瓶瓶口，以上下左右摇晃的方法排除气泡。

③气泡排除后向瓶中添加饮用水至水面凸出瓶口边缘，然后用玻璃板沿瓶口迅速滑行，使其紧贴瓶口水面。擦干瓶外水分，称其质量m1(g)，精确至1g。

④将试样倒入浅盘中，并将瓶洗净，重新灌满饮用水，用玻璃片紧贴瓶口水面。擦干瓶外水分，称其质量m2（g），精确至1g。

⑤将试样烘干至恒重，然后取出置于带盖的容器中，称取其质量m0(g)，精确至1g。

(3)试验结果，见表1-9。

表1-9 碎石的表观密度试验结果

表观密度

ρ水温

?C

修正

系数

αt

试样烘

干质量

m0(g)

样品、水、

容量瓶质

量m1(g)

水、容量瓶质

量m2(g)

实测值ρ(kg/m3)

[(m0/m0+m2-m1)-αt]

×1000

评定值

kg/m3

1 19 0.004 49

2 1014 704 2699

2699

2 19 0.004 492 1014 704 2699

1.3.4 碎石的物理性质：

表1-10 碎石的物理性质

项目

表观密度

(kg/m3) 堆积密度

(kg/m3)

含泥量(%) 吸水率(%) 针片状量(%) 压碎值(%)

标准>2500 >1350 <0.5 —<15 <10

实测2699 1788 0.36 0.60% 4.8 3.88

1.4水泥试验

本研究使用水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，水泥性能检测试验主要有水泥标准稠度用水量，凝结时间体积安定性。适用于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥。

1.4.1 标准稠度用水量试验

⑴试验仪器：

标准稠度测定仪、水泥净浆搅拌机、量筒、天平。

⑵试验步骤：

本次试验使用的方法是固定用水量测定。

①试验前检测仪器设备，将搅拌锅和搅拌叶先用湿布擦过；称量500 g水泥倒入搅拌锅内，

量取不同的搅拌水，水的量取精确到0.5ml。

②开动机器同时徐徐加入水，慢拌120 s，停拌15 s，接着快速搅拌120s后停机。

③拌合结束后，立即将搅拌好的净浆装入锥模内，用小刀插捣，振动数次，刮去多余净浆，摸平后迅速放到锥下面的固定位置上，测试锥下沉的深度，整个过程在1.5min 内完成。

⑶试验结果

根据测得试锥下沉深度S（mm）按下式计算得到标准稠度用水量P（%）：

P=33.4-0.185S (2)

式中：S—试锥下沉的深度，mm。

当试锥深度S小于13mm时，应用调整用水量发。

见表1-11。

表1-11 水泥标稠用水量试验结果

次数试样质量/g 用水量/g 下沉/mm P/% P的均值

1 500 140 30 27.8

28.0

2 500 140 28 28.2

1.4.2 凝结时间测定

⑴试验仪器:

凝结时间测定仪，水泥净浆搅拌机。

⑵试验步骤:

①将圆模放在玻璃板上，调整凝结时间测定仪使指针对准标尺零点，称量500g水泥，以标准稠度计算用水量，按测定标准稠度是的方法拌合水泥净浆，立即装入圆模内，振动数次后刮平，然后放入养护箱内。

②测定时将圆模取出，用凝结时间测定仪测定，当试针沉至距底版（4±1）mm时，即为水泥达到初凝状态；当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试件上留下痕迹时，水泥达到终凝状态，由水泥全部加入水中至终凝状态为水泥的终凝时间。在临近初凝时每隔15min 测定一次，当临近终凝状态时每隔15min测定一次。

⑶试验结果，见1-12表。

表1-12 水泥凝结时间测定结果

型号加水拌合时间测定的时间试针距底版距离初凝时间终凝时间普通硅酸盐水泥9:00 12:00 4mm 120min 200min

1.4.3 安定性试验

安定性可用试饼法也可用雷氏法检验，有争议时以雷氏法为准。试饼法是观察水泥净浆试饼煮沸后外形的变化来检验水泥的体积安定性。雷氏法是测定水泥净浆在雷氏夹中煮沸后的膨

胀值。

⑴试验仪器：

沸煮箱、水泥净浆搅拌机、标准养护箱、天平、量水器。

⑵试验步骤：

①称取500g水泥，以标准稠度用水量，用水泥净浆搅拌机搅拌水泥净浆。

②将制好的净浆取出一部分后分为两等份，使之成球形，放在准备好的玻璃片上，将其做成直径为70~80mm、中心厚约为10mm边缘渐薄、表面光滑的试饼，之后将试饼放入养护箱中养护（24±2h）。

③调整沸煮箱的水位，使水在沸煮过程中漫过试件，中途不需另加水。

④取出试件。先检查试件是否完整，若无缺陷时，将试饼放入沸煮箱中加热至沸，并恒沸（3h±5）min。

⑶试验结果：

经目测，试饼没有发生弯曲等现象。这表明该水泥品种安定性良好。

1.4.4 试验检测结果汇总

表1-13 水泥试验结果汇总

筛余百分数（%）标稠用水量

（%）初凝时间

（min）

终凝时间

（h）

安定性

(试饼法)

3.3 28.0 120min 200min 良好

2. 聚丙烯纤维混凝土的抗压实验

2.1 试验配合比设计

2.1.1配合比设计思路

本试验采用正交设计的研究方法，设计三水平四因素的正交表讨论和研究纤维混凝土的特性。因素水平表如下所示：

表2-1因素水平表

试验号 A 纤维长度（mm ） B 纤维掺量（％） C 减水剂掺量（％） D 粉煤灰掺量（％） 1 10 0.10 0.5 0 2 12 0.15 0. 8 10 3

19

0.20

1.0

15

表2—2正交试验表

表2—3配合比即实验组数

2.1.2配合比设计计算

本文配合比设计按《混凝土生产质量控制与配合比设计技术实用手册》进行，混凝土设计为

试验号 A 纤维长度 (mm) B 纤维掺量 (%) C 减水剂掺量(%) D 粉煤灰掺量（%） 抗折强度 (MPa) 1 2 3 1 10 1 10 1 10 1 0.10 2 0.15 3 0.20 1 0.5 2 0.8 3 1.0 1 0 2 10 3 15

4 5 6 2 12 2 12 2 12 1 0.10 2 0.15 3 0.20 2 0.8 3 1.0 1 0.5 3 15 1 0 2 10

7 8 9 3 19 3 19 3 19 1 0.10 2 0.15 3 0.20 3 1.0 1 0.5 2 0.8 2 10 3 15 1 0

k1 k2 k3

k1 k2 k3

极差

强度 等级 试验 编号 水泥 (Kg) 粉煤灰 (Kg) 水 (Kg) 砂子 (Kg) 石子 (Kg) 纤维长度(mm) 纤维掺量(g) 减水剂 掺量(g) C40

1 6.5

2 0.00 3.06 9.92 23.71 10 16.38 32.58 2 6.40 0.71 3.06 9.34 23.69 10 24.57 56.88

3 6.35 1.12 3.06 9.05 23.62 10 32.76 74.70

4 6.3

5 1.12 3.0

6 9.05 23.62 12 16.38 59.76 5 6.52 0.00 3.06 9.92 23.71 12 24.5

7 65.16 6 6.40 0.71 3.06 9.34 23.69 12 32.76 35.55 7 6.40 0.71 3.06 9.34 23.69 19 16.3

8 71.10 8 6.35 1.12 3.06 9.05 23.62 1

9 24.57 37.35 9

6.52

0.00

3.06

9.92

23.71

19

32.76

52.13