纤维对混凝土早期收缩性能的影响.docx

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纤维对混凝土早期收缩性能的影响

本科毕业论文（设计）

纤维对混凝土早期收缩性能的影响

EffectofFiberontheEarlyShrinkageofConcrete

学院化学化工与生命科学学院

专业无机非金属材料工程

届别2013

学生姓名张忍忍

学号09008068

指导教师李红李明玲

职称助教副教授

论文字数6527

完成时间2013年6月

巢湖学院本科毕业论文（设计）诚信承诺书

本人郑重声明：

所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本人签名：

日期：

巢湖学院本科毕业论文（设计）使用授权说明

本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文（设计）的规定，即：

本科生在校期间进行毕业论文（设计）工作的知识产权单位属巢湖学院。

学校根据需要，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅；学校可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。

保密的毕业论文（设计）在解密后遵守此规定。

本人签名：

日期：

导师签名：

日期：

摘要

混凝土使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，而且在造船业，机械工业，海洋的开发和地热工程也得到广泛的应用。

混凝土的收缩开裂严重影响其使用，微量收缩对混凝土的性能无不利影响，甚至可以改装改善混凝土抗掺、抗碳化性能。

但收缩值过大，收缩应力会使混凝土产生开裂，导致混凝土强度的降低，甚至使混凝土产生破坏。

本文研究了不同掺量的纤维混凝土早期收缩情况，由实验可得：

混凝土的凝结时间随着水灰比和纤维的掺量的增加而增大，混凝土的坍落度随着纤维的掺量的增大而减小，收缩随着纤维的掺量的增加而减小。

关键词：

纤维；混凝土；收缩

Abstract

Concreteistheuseofawiderange,isusednotonlyincivilengineering,butalsointheshipbuildingindustry,machineryindustry,thedevelopmentofoceanandGeothermalEngineeringiswidelyused.Theshrinkageandcrackofconcreteseriouslyaffectitsuse,withoutadverselyaffectingperformancetraceonshrinkageofconcrete,andevencanberetrofittedwithimprovingconcreteresistance,carbonationresistance.Buttheshrinkagevalueistoolarge,theshrinkagestresswillmaketheconcretecracking,reducethestrengthofconcrete,andevenmaketheconcretedamage.Thispaperstudiesthefiberconcreteearlyshrinkageofdifferentdosage,theresults:

thesettingtimeoftheconcreteincreaseswiththeamountofwatercementratioandfiber,concreteslumpwithincreasingamountoffiberdecreases,shrinkinganddecreaseswiththeincreaseofamountoffiber.

Keywords：

fiber;concrete;shrinkage

目录

1绪论1

1.1研究背景1

1.2纤维1

1.2.1碳纤维1

1.2.2聚丙烯纤维1

1.2.3钢纤维1

1.3混凝土收缩1

1.3.1收缩的种类2

1.3.2改善收缩的措施3

1.4纤维对水泥基材料性能的影响3

1.4.1纤维对水泥砂浆性能的影响4

1.4.2纤维对混凝土性能的影响4

1.5发展趋势5

2实验……………………………………………………………………..5

2.1原材料5

2.2混凝土的配合比6

2.3抗裂性能的测定6

2.3.1凝结时间的测定6

2.3.2抗裂性能的测定6

2.4混凝土收缩开裂7

2.4.1评定标准7

2.4.2裂缝降低系数和防裂效能等级对照表7

3实验结果7

3.1凝结时间和坍落度结果分析7

3.2裂缝长度和宽度值及其结果分析8

4结论9

参考文献10

致谢12

纤维对混凝土早期收缩性能的影响

张忍忍

（巢湖学院化学化工与生命科学学院，安徽巢湖238000）

1绪论

1.1研究背景

混凝土是当今社会最大宗的建筑材料之一，混凝土具有资源丰厚，价格低廉，工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。

同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好的特点。

随着社会的要求不断提高对混凝土的性能要求不断提升，在混凝土中添加一定量的纤维可以对混凝土产生增强增韧阻裂；可以改善混凝土的强度和抗疲劳性，改善了混凝土容易开裂的问题。

为了适应我国建筑、建材领域高科技、新材料的发展需要，因此，国内外学者不断的对混凝土进行改性研究，来改善其缺点，使其优点不断突显，其中，纤维的加入对混凝土改性研究取得了很多方面的研究成果[1-2]。

1.2纤维

纤维是具有一定弹性和强度而且长度比直径大成千上万倍的纤细物质。

纤维很多用途应用在现在生活中，在水泥基材料中添加纤维可以有效的控制裂缝，通常以水泥净浆、砂浆或者混凝土为基体，向其中添加纤维作为增强材料而形成水泥基复合材料。

自从人类开始采用水泥混凝土作为建筑材料的时候开始，就在探索向其中加入各种的纤维。

1.2.1碳纤维

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430GPa亦高于钢[3]。

因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/（g/cm3）以上，而A3钢的比强度仅为59MPa/（g/cm3）左右，其比模量也比钢高。

材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，因此，碳纤维在工程的广阔应用前景。

1.2.2聚丙烯纤维

聚丙烯纤维是一种强度较高，弹性模量较低的柔性纤维。

在砂浆和混凝土中添加聚丙烯纤维可以有效的提高砂浆的抗裂强度和抗冲击性能[4]。

大大提高混凝土的抗渗性能。

0.9Kg/m3掺量的聚丙烯束状单丝纤维混凝土比普通混凝土的抗渗能力提高了60%～70%[5]。

显著提高混凝土的抗冲击性能和耐磨性能。

聚丙烯纤维虽然刚度较低，传递荷载的能力差，但能吸收冲击能量，有效减小裂隙，增强介质材料连续性，减小了冲击波被阻断引起的局部应力集中现象，因而能大大提高混凝土抗冲击性能和韧性。

提高混凝土的抗冻性能。

在混凝土中加入聚丙烯纤维，可以缓解温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，阻止温度裂缝的扩展；同时，混凝土抗渗能力的提高也有利于其抗冻能力的提高。

其实，在刚性混凝土中加入柔性的聚丙烯纤维能整体提高混凝土工程综合性能，实现混凝土的“刚柔并济”。

近年来以聚丙烯纤维为首的合成纤维得到了快速发展。

1.2.3钢纤维

钢纤维是以切断细钢丝法、冷轧带钢剪法、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比（纤维长度与其直径的比值，当纤维截面为非圆形时，采用换算等效截面圆面积的直径）为40～80的纤维[6]。

钢纤维是被最早发现并投入工程使用的纤维。

钢纤维混凝土的研究与应用以美国和英国发展最快，近年来日本亦有较快发展，其他国家也都进行了研究和应用。

在公路工程建设中，钢纤维混凝土桥面已开始使用，但由于纤维增强机尚不够完善，钢纤维混凝土的拌和、捣、成型比较困难、纤维价格太高，因而影响其在公路工程中的推广应用。

1.3混凝土的收缩

混凝土的收缩现象一直存在早在早在波特兰水泥出现不久就为人们所注意，但是如何来解决这现象，一直被人们所关注。

国内外科研机构投入大量人物力对混凝土进行改性研究。

1.3.1收缩的种类

收缩可以分为早期收缩和后期收缩两大类。

1.3.1.1早期收缩

（1）塑性收缩

塑性收缩是混凝土在初凝前的塑性阶段失水形成的，一种情况是新浇筑的混凝土表面泌水，在室外会很快的蒸发；另一种情况是由于新拌混凝土颗粒之间的空间充满了水，浇筑后的混凝土表面受风吹、日晒、外部的高温度和低温度等因素的影响，随着混凝土表面水分的蒸发，内部水分逐渐向外部迁移，继续蒸发水分，造成混凝土在塑性阶段的体积收缩当表面日晒或风大，内部水分迁移速度小于上表面水分蒸发的速度时，混凝土表面的收缩应力远大于混凝土的抗拉强度，就会产生大量不规则微细裂缝，如不及时抹压和覆盖保水养护，此类裂缝会迅速向内部延伸，严重时会造成贯通裂缝[7]。

（2）水化收缩

水泥水化反应后，反应产物的体积与剩余自由水体积之和小于反应前水泥矿物体积与水体积之和，形成水化反应收缩[8]。

在混凝土初凝前，水化反应收缩一部分反应在塑性收缩中，在混凝土初凝后的水泥水化反应收缩则主要形成混凝土内部的毛细孔，在养护不及时或养护时间过短时，会产生收缩裂缝。

（3）自生干缩

水泥在水化过程中不断消耗水分，当养护不良或混凝土内部水分不充分时，混凝土毛细孔中水分消耗过多，导致毛细孔内产生负压，引起混凝土内部出现自生干缩裂缝[9]。

由于常态混凝土的水胶比较高，混凝土内有较充裕的水分，一般不会发生自生干缩裂缝；而对于水灰比低于0.38的混凝土，内部往往产生大量自生干缩裂缝，导致早期混凝土体积收缩。

在约束条件下，会引起混凝土产生表面裂缝。

（4）温降收缩

大体积混凝土由于水泥水化热导致混凝土内部温度较高，当混凝土表面温度与气温相差过大时，会产生温度收缩裂缝[10]。

1.3.1.2后期收缩

（1）干燥收缩

混凝土硬化后，内部的游离水会由表及里逐渐蒸发，导致混凝土由表及里逐渐产生干燥收缩。

在约束条件下，收缩变形导致的收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现由表及里的干燥收缩裂缝[11]。

混凝土的干燥收缩是从施工阶段撤除养护时开始的，早期的收缩裂缝比较细微。

随着时间的推移，混凝土的蒸发量和干燥收缩量逐渐增大，裂缝也明显起来。

（2）碳化收缩

在相对湿度合适的条件下，空气中的能和混凝土表面由于水泥水化生成的水化物很快地起反应，称之为碳化，碳化的过程伴随着体积的收缩，称为碳化收缩。

碳化收缩是不可逆的[12]。

受碳化或淡水腐蚀等原因致使混凝土空隙液中pH值降低，氢氧化钙量不足时，会有一部分CSH凝胶或水化铝酸钙分解，析出氢氧化钙，以补充体系中的碱度，分解过程中都同时产生游离水，这些游离水进一步蒸发都会导致混凝土体积收缩。

这些收缩都发生在混凝土硬化后较长时间内，一般会使干燥收缩裂缝