聚丙烯纖維混凝土防水性能的提高
聚丙烯纖維混凝土的防水屬于混凝土的剛性本體防水,在防水混凝土的抗?jié)B和抗裂 2個(gè)途徑中,聚丙烯纖維主要是通過抗裂達(dá)到防水目的。聚丙烯纖維抗裂防水的機(jī)理是建立在對(duì)混凝土的固結(jié)、收縮的微觀研究的基礎(chǔ)上。
從微觀的角度來看,任何密實(shí)的混凝土都存在微裂縫。這些微裂縫存在于相與相之間(石、砂、水泥膠體三相)和水泥微顆粒之間,只不過正常的微裂縫肉眼看不到而已?;炷猎谟不纬蓮?qiáng)度的過程中,初期由于水和水泥的應(yīng)形成結(jié)晶體,這種晶體化合物的體積比原材料的體積要小,因而引起混凝土體積的收縮;在后期又由于混凝土內(nèi)自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應(yīng)力某個(gè)時(shí)期超出了水泥機(jī)體的抗拉強(qiáng)度,于是在混凝土內(nèi)部引起微裂縫。這些微裂縫不可避免地存在于混凝土內(nèi)的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內(nèi)部。混凝土在凝結(jié)和硬化過程中,微裂縫經(jīng)歷了出現(xiàn)和發(fā)展的過程。這一過程,宏觀上認(rèn)為是混凝土在固結(jié)收縮,一般混凝土的收縮率在 8×10-4左右?;炷恋奈⒘芽p在發(fā)展過程中,是從無到有,從小到大向最薄弱方向定向發(fā)展。微裂縫向細(xì)裂縫的發(fā)展大多數(shù)(約占70%)在3-7d凝膠期內(nèi)完成,此時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度小于1Mpa,如果沒有采取有效的抗裂措施,混凝土固有的微裂縫在內(nèi)外應(yīng)力的作用下將會(huì)發(fā)展為更大的裂縫以至最終形成貫通的毛細(xì)孔道及裂縫,從而導(dǎo)致防水失敗,也造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度遠(yuǎn)未能充分發(fā)揮,嚴(yán)重的甚至威脅到工程的安全及使用。
在混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維,聚丙烯纖維與水泥集料有極強(qiáng)的結(jié)合力,可以迅速而輕易地與混凝土材料混合,分布均勻;同時(shí)由于細(xì)微,故比面積大,每公斤聚丙烯纖維連起來的總長度可繞地球 10多圈,若分布在1m3的混凝土中,則可使每1m3的混凝土中有近20條纖維絲,故能在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系。當(dāng)微裂縫在細(xì)裂縫發(fā)展的過程中,必然碰到多條不同向的微纖維,由于遭到纖維的阻擋,消耗了能量,難以進(jìn)一步發(fā)展。因此,聚丙烯纖維可以有效地抑制混凝土早期干縮微裂及離析裂的產(chǎn)生和發(fā)展,極大地減少了混凝土收縮裂縫,尤其是有效地抑制了連通裂縫的產(chǎn)生。從宏觀上解釋,就是微纖維分散了混凝土的定向拉應(yīng)力,從而達(dá)到抗裂的效果。試驗(yàn)表明,與普通混凝土相比,聚丙烯纖維體積摻量為0.05%(約0.5kg/m3)的混凝土抗裂能力提高了近 70%。
另外,均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量纖維起了“承托”骨料的作用,降低了混凝土表面的析水與集料的離析,從而使混凝土中直徑為 50-100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低,由此可以極大提高混凝土的抗?jié)B能力。試驗(yàn)表明,0.05%體積摻量的聚丙烯纖維比普通混凝土的抗?jié)B能力提高了60%-70%。
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