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摘 要:本文通过聚丙烯纤维和膨胀剂对混凝土的复合效应研究，总结出聚丙烯纤维膨胀混凝土不仅在抗折强度和抗渗性能方面有很大的提高，而且能够有效减少混凝土内部结构缺陷，改善混凝土内部结构的均匀性和完整性，从而进一步提高了混凝土阻裂性能。
关键词:聚丙烯纤维；膨胀剂；阻裂性能。
水泥混凝土道面在环境和外力的双重作用下，极易出现碎裂甚至断板现象，这不仅使道面使用降低，而且要影响我军部队的正常飞行和战备值勤。因此研究具有高抗裂性的高性能混凝土，提高道面的体积稳定性和耐久性，延长道面的设计和使用寿命，具有重大的军事和经济意义。
高强度混凝土的开裂破坏是一个复杂的综合性问题，它涉及到外部环境和混凝土的结构、材料及施工等因素，本研究主要从材料的角度出发，讨论通过掺加纤维、膨胀剂、减水剂减少或阻止混凝土的开裂。试验将通过不同掺量进行对比，进一步评价纤维及膨胀剂对混凝土性能的影响规律，应用于机场道面和公路路面工程。
1、试验设计
设计四个体系的混凝土配比，分别为：空白（不掺加外加剂）、掺加纤维(F)+膨胀剂(E)+减水剂(WR)、掺加E+WR和掺加F+WR。根据有关研究结果，确定纤维掺量为0.9kg/m3；膨胀剂采用内掺，掺量为胶凝材料的8%；JM-B萘系高效减水剂，掺量为胶凝材料的0.6%。具体配合比见表1。试验项目包括：维勃稠度，抗折强度（3d、28d），渗透性，收缩变形性能等。根据《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTJ053－94），有关试验方法为：维勃稠度按T0512－94测定；抗折强度按T0520-94，试样尺寸为150mm×150mm×550mm；渗透性按T0529－94，水压控制恒定为(1.2±0.05)Mpa，加压24h后停止试验，测定渗水高度；收缩变形参照T0526－94，试样尺寸为100mm×100mm×515mm ，试样带模养护一天后拆模并测量其长度作为0天的基准长度，试样在（20±3）0C、90%以上相对湿度的标准条件下养护。（见表1）
2、试验用原材料
试验用原材料分别为：（1）水泥：河南鹤壁水泥厂P.O 42.5R(含8%－10%的粉煤灰)；（2）粉煤灰：洛阳电厂超级PFA；主要技术参数见表5.3－2；（3）砂：河南鲁山产河砂，细度模数2.90；（4）石： 5～40mm混合碎石，松堆密度为1.53，紧堆密度为1.67，压碎指标值为13.8%；（5）膨胀剂：江苏海特曼工程新材料公司产镁质膨胀剂（C型）；（6）丹阳合成纤维厂产单丝聚丙烯纤维；（7）减水剂：江苏省建筑科学研究院产JM-B萘系高效减水剂。（见表2）
3、试验结果与讨论
维勃稠度、抗折强度、收缩变形和渗水高度试验结果列于表3。（见表3）
根据表3的试验结果，分别作出不同配比混凝土抗折强度的变化如图1，各编号试件微应变随龄期的变化如图2，各龄期不同编号试件微应变的比较如图3，各编号试件渗水高度的变化如图4。
表3和图1显示，聚丙烯纤维和膨胀剂复合与聚丙烯纤维或膨胀剂单一作用比，28天抗折强度分别提高7.5%和9.9%，与空白样比28天抗折强度提高13.3%。表3和图4显示聚丙烯纤维和膨胀剂复合与聚丙烯纤维或膨胀剂单一作用比，渗水高度分别降低46%和61%，与空白样比渗水高度降低82%。表3和图2及图3表明，与空白样比，单掺纤维1天有微小膨胀，3天的微应变水平基本相同，3～7天空白样继续收缩，而掺纤维样基本无变形，14天和28天的应变水平又趋于相同；单掺膨胀剂能补偿收缩且产生微小膨胀，1～7天膨胀缓慢稳定增长，7～14天膨胀增长最快，28天微应变回到3天的水平。纤维与膨胀剂复合与单掺膨胀剂比，7天前变化很小，14天的微应变大幅度减小， 28天的微应变水平基本相同。
混凝土微应变的变化是混凝土内部结构变化的外在表现，收缩与否及变形的稳定性决定了混凝土内部应力的性质和大小。这种混凝土内部应力的性质和大小又决定了混凝土内部原生缺陷的多少和结构的均匀性及完整性。混凝土抗折强度比抗压强度对混凝土内部原生缺陷的多少和结构的均匀性及完整性更为敏感，混凝土渗透性直接取决于混凝土内部原生缺陷的多少和结构的均匀性及完整性。
综合分析以上试验结果，较之聚丙烯纤维或膨胀剂的单一作用，聚丙烯纤维和微膨胀复合对混凝土抗折强度、抗渗性和阻裂性能都有不同程度的提高。关于聚丙烯纤维对混凝土早期塑性裂缝的抑制及增强和膨胀剂对混凝土的补偿收缩作用，已有很多研究和报道，本试验工作着重在于考察聚丙烯纤维和微膨胀的复合效应。根据试验结果分析，单掺聚丙烯纤维虽能减小混凝土早期的收缩并使变形趋缓，但并不能改变其总体的收缩趋势，即收缩应力仍然存在；单掺膨胀剂虽能补偿混凝土的收缩并产生微膨胀，但这种膨胀产生的膨胀应力导致的混凝土内部质点间距离的增加，在补偿收缩的同时对混凝土内部结构的均匀性和完整性亦构成危害。
聚丙烯纤维与膨胀剂复合与单掺膨胀剂比，14天的微应变大幅度减小，说明纤维对膨胀混凝土7～14天的膨胀有明显的约束作用，而在此期间混凝土已具有足够的强度，有研究表明此阶段膨胀组分水化产生的膨胀应力会导致混凝土内部缺陷，这是膨胀剂对混凝土强度产生负效应的原因。大量乱向分布的细纤维会使这种膨胀应力得到分散，纤维的这种约束作用显然会有效控制膨胀应力可能导致的结构破坏，并且此约束必然在混凝土中建立一定的预压应力。因此，可以认为，较之聚丙烯纤维或膨胀剂的单一作用，聚丙烯纤维和微膨胀复合对混凝土抗折强度的贡献和对抗渗性能的改善，其机理在于两者的复合效应对混凝土内部结构的改善，具体来说，是使混凝土内部原生缺陷的减少和结构的均匀性及完整性的改善。
4、结论
聚丙烯纤维和膨胀剂复合与聚丙烯纤维或膨胀剂单一作用比，28天抗折强度分别提高7.5%和9.9%，渗水高度分别降低46%和61%；聚丙烯纤维对膨胀混凝土7～14天的膨胀有明显的约束。混凝土抗折强度和抗渗性的提高都说明混凝土内部结构缺陷减少，混凝土内部结构的均匀性和完整性改善；亦即混凝土阻裂性能提高。
聚丙烯纤维增强膨胀混凝土阻裂抗渗性能提高的原因可归纳为三个方面：一是聚丙烯纤维对混凝土早期塑性裂缝的抑制和结构均匀性的改善；二是膨胀剂对混凝土收缩的補偿，使各种收缩应力可能引起的结构缺陷减少；三是聚丙烯纤维对膨胀的约束有效控制了膨胀应力可能导致的结构破坏，从而进一步改善了混凝土的内部结构。
参考文献：
[1]交通部公路科学研究所.JTJF30-2003，《公路水泥混凝土路面施工技术规范》[S].北京:人民交通出版社.
[2]GJB1112-2002，《军用机场场道工程施工及验收规范》[S].2002.
[3]马清浩《混凝土外加剂及建筑防水材料应用指南》[M].北京:中国建材工业出版社.1998.
[4]马国靖《机场建筑工程试验手册》[M] .北京:中国铁路出版社.1989.
关键词:聚丙烯纤维；膨胀剂；阻裂性能。
水泥混凝土道面在环境和外力的双重作用下，极易出现碎裂甚至断板现象，这不仅使道面使用降低，而且要影响我军部队的正常飞行和战备值勤。因此研究具有高抗裂性的高性能混凝土，提高道面的体积稳定性和耐久性，延长道面的设计和使用寿命，具有重大的军事和经济意义。
高强度混凝土的开裂破坏是一个复杂的综合性问题，它涉及到外部环境和混凝土的结构、材料及施工等因素，本研究主要从材料的角度出发，讨论通过掺加纤维、膨胀剂、减水剂减少或阻止混凝土的开裂。试验将通过不同掺量进行对比，进一步评价纤维及膨胀剂对混凝土性能的影响规律，应用于机场道面和公路路面工程。
1、试验设计
设计四个体系的混凝土配比，分别为：空白（不掺加外加剂）、掺加纤维(F)+膨胀剂(E)+减水剂(WR)、掺加E+WR和掺加F+WR。根据有关研究结果，确定纤维掺量为0.9kg/m3；膨胀剂采用内掺，掺量为胶凝材料的8%；JM-B萘系高效减水剂，掺量为胶凝材料的0.6%。具体配合比见表1。试验项目包括：维勃稠度，抗折强度（3d、28d），渗透性，收缩变形性能等。根据《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTJ053－94），有关试验方法为：维勃稠度按T0512－94测定；抗折强度按T0520-94，试样尺寸为150mm×150mm×550mm；渗透性按T0529－94，水压控制恒定为(1.2±0.05)Mpa，加压24h后停止试验，测定渗水高度；收缩变形参照T0526－94，试样尺寸为100mm×100mm×515mm ，试样带模养护一天后拆模并测量其长度作为0天的基准长度，试样在（20±3）0C、90%以上相对湿度的标准条件下养护。（见表1）
2、试验用原材料
试验用原材料分别为：（1）水泥：河南鹤壁水泥厂P.O 42.5R(含8%－10%的粉煤灰)；（2）粉煤灰：洛阳电厂超级PFA；主要技术参数见表5.3－2；（3）砂：河南鲁山产河砂，细度模数2.90；（4）石： 5～40mm混合碎石，松堆密度为1.53，紧堆密度为1.67，压碎指标值为13.8%；（5）膨胀剂：江苏海特曼工程新材料公司产镁质膨胀剂（C型）；（6）丹阳合成纤维厂产单丝聚丙烯纤维；（7）减水剂：江苏省建筑科学研究院产JM-B萘系高效减水剂。（见表2）
3、试验结果与讨论
维勃稠度、抗折强度、收缩变形和渗水高度试验结果列于表3。（见表3）
根据表3的试验结果，分别作出不同配比混凝土抗折强度的变化如图1，各编号试件微应变随龄期的变化如图2，各龄期不同编号试件微应变的比较如图3，各编号试件渗水高度的变化如图4。
表3和图1显示，聚丙烯纤维和膨胀剂复合与聚丙烯纤维或膨胀剂单一作用比，28天抗折强度分别提高7.5%和9.9%，与空白样比28天抗折强度提高13.3%。表3和图4显示聚丙烯纤维和膨胀剂复合与聚丙烯纤维或膨胀剂单一作用比，渗水高度分别降低46%和61%，与空白样比渗水高度降低82%。表3和图2及图3表明，与空白样比，单掺纤维1天有微小膨胀，3天的微应变水平基本相同，3～7天空白样继续收缩，而掺纤维样基本无变形，14天和28天的应变水平又趋于相同；单掺膨胀剂能补偿收缩且产生微小膨胀，1～7天膨胀缓慢稳定增长，7～14天膨胀增长最快，28天微应变回到3天的水平。纤维与膨胀剂复合与单掺膨胀剂比，7天前变化很小，14天的微应变大幅度减小， 28天的微应变水平基本相同。
混凝土微应变的变化是混凝土内部结构变化的外在表现，收缩与否及变形的稳定性决定了混凝土内部应力的性质和大小。这种混凝土内部应力的性质和大小又决定了混凝土内部原生缺陷的多少和结构的均匀性及完整性。混凝土抗折强度比抗压强度对混凝土内部原生缺陷的多少和结构的均匀性及完整性更为敏感，混凝土渗透性直接取决于混凝土内部原生缺陷的多少和结构的均匀性及完整性。
综合分析以上试验结果，较之聚丙烯纤维或膨胀剂的单一作用，聚丙烯纤维和微膨胀复合对混凝土抗折强度、抗渗性和阻裂性能都有不同程度的提高。关于聚丙烯纤维对混凝土早期塑性裂缝的抑制及增强和膨胀剂对混凝土的补偿收缩作用，已有很多研究和报道，本试验工作着重在于考察聚丙烯纤维和微膨胀的复合效应。根据试验结果分析，单掺聚丙烯纤维虽能减小混凝土早期的收缩并使变形趋缓，但并不能改变其总体的收缩趋势，即收缩应力仍然存在；单掺膨胀剂虽能补偿混凝土的收缩并产生微膨胀，但这种膨胀产生的膨胀应力导致的混凝土内部质点间距离的增加，在补偿收缩的同时对混凝土内部结构的均匀性和完整性亦构成危害。
聚丙烯纤维与膨胀剂复合与单掺膨胀剂比，14天的微应变大幅度减小，说明纤维对膨胀混凝土7～14天的膨胀有明显的约束作用，而在此期间混凝土已具有足够的强度，有研究表明此阶段膨胀组分水化产生的膨胀应力会导致混凝土内部缺陷，这是膨胀剂对混凝土强度产生负效应的原因。大量乱向分布的细纤维会使这种膨胀应力得到分散，纤维的这种约束作用显然会有效控制膨胀应力可能导致的结构破坏，并且此约束必然在混凝土中建立一定的预压应力。因此，可以认为，较之聚丙烯纤维或膨胀剂的单一作用，聚丙烯纤维和微膨胀复合对混凝土抗折强度的贡献和对抗渗性能的改善，其机理在于两者的复合效应对混凝土内部结构的改善，具体来说，是使混凝土内部原生缺陷的减少和结构的均匀性及完整性的改善。
4、结论
聚丙烯纤维和膨胀剂复合与聚丙烯纤维或膨胀剂单一作用比，28天抗折强度分别提高7.5%和9.9%，渗水高度分别降低46%和61%；聚丙烯纤维对膨胀混凝土7～14天的膨胀有明显的约束。混凝土抗折强度和抗渗性的提高都说明混凝土内部结构缺陷减少，混凝土内部结构的均匀性和完整性改善；亦即混凝土阻裂性能提高。
聚丙烯纤维增强膨胀混凝土阻裂抗渗性能提高的原因可归纳为三个方面：一是聚丙烯纤维对混凝土早期塑性裂缝的抑制和结构均匀性的改善；二是膨胀剂对混凝土收缩的補偿，使各种收缩应力可能引起的结构缺陷减少；三是聚丙烯纤维对膨胀的约束有效控制了膨胀应力可能导致的结构破坏，从而进一步改善了混凝土的内部结构。
参考文献：
[1]交通部公路科学研究所.JTJF30-2003，《公路水泥混凝土路面施工技术规范》[S].北京:人民交通出版社.
[2]GJB1112-2002，《军用机场场道工程施工及验收规范》[S].2002.
[3]马清浩《混凝土外加剂及建筑防水材料应用指南》[M].北京:中国建材工业出版社.1998.
[4]马国靖《机场建筑工程试验手册》[M] .北京:中国铁路出版社.1989.