聚丙烯纖維在混凝土中分散性實驗方法的研究

摘要：針對目前聚丙烯纖維在混凝土中分散性實驗方法與評價方法的不足，采用優(yōu)化的水洗實驗方法，并引入變異系數(shù)這一指標，更加科學合理地評價了聚丙烯纖維在混凝土中分散性。

中圖分類號：TU528 混凝土及混凝土制品

關鍵詞：聚丙烯纖維 混凝土 變異系數(shù) 分散性 潤強絲

0.引言

　　聚丙烯纖維已廣泛應用于混凝土材料中，其主要功能有早期阻裂、增韌、提高軸向拉伸性能、彎曲疲勞性能、抗沖擊及抗凍融性能^[1]。纖維混凝土的所有力學性能都與纖維在混凝土中的分散性密切相關。如果纖維不能均勻分散在混凝土中，混凝土的強度下降許多，纖維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?jié)B透性、抗凍性、抗沖擊性降低^[2]。其原因是：在纖維混凝土體系中，沒有纖維分布的區(qū)域，裂縫更容易生成與發(fā)展，從而形成缺陷導致材料失效^[3-4]。因此，采用合理的方法來評價纖維在混凝土中的分散性非常必要。

　　為了達到良好的效果，聚丙烯短纖一般要求三維無規(guī)亂向均勻地分布于混凝土中。為了使之均勻地分散在混凝土中，采用了不同的方法：對纖維進行改性^[5-6]、采用纖維分散劑^[7-8]、優(yōu)化混凝土的攪拌方法^[9]。目前，尚沒有技術標準規(guī)范來詳細評價合成纖維在混凝土中的分散性，業(yè)內主要采用的水洗方法，具體操作在有關文獻^[10]中略有提及。在纖維混凝土結構技術規(guī)程（CECS38：2004）^[11]中，要求采用水洗法測得的纖維實際含量與配合比要求的含量相差不應超過15%。此處提及的水洗流程沒有細化，在實際操作中的可操作性不強，且偏差較大（15%），取樣個數(shù)為兩個，實驗結果只考慮了兩個實驗值的平均值與理論值的差異，而未考察各實驗值之間的差異。而要合理地評價纖維在混凝土中的分散性，各樣品中單位質量（或體積）混凝土中的纖維量的偏差也是重要指標。

　　針對上述情況，本文優(yōu)化了實驗方案與數(shù)據(jù)處理方式，用本公司生產(chǎn)的潤強絲聚丙烯纖維進行了纖維分散性實驗。

1.試驗部分

1.1試驗設備及用具

　　攪拌機：SJD60型強制式單臥軸混凝土攪拌機

　　臺稱：1臺，稱量50kg，感量0.1kg

　　天平：2臺，稱量5kg，感量0.1g；稱量20g，感量：0.001g

　　料桶：3只，5升

　　容器：3只，容積20L

　　篩網(wǎng)：3只，篩孔分別為9.5、0.63、0.15mm的標準篩

　　烘箱：1臺，溫度范圍：常溫-300℃

1.2實驗原料

　　水泥：小野田52.5P II，粗集料：5-20mm，細集料：中砂，減水劑：JM-A，江蘇博特新材料有限公司產(chǎn)，纖維：潤強絲聚丙烯纖維，不同生產(chǎn)批次產(chǎn)品，江蘇博特新材料有限公司產(chǎn)。

1.3配合比

1.4試驗流程

　　攪拌方法：水泥、砂、集料、減水劑與纖維一起，干混30s，然后加水攪拌3min。每個實驗樣品比取樣三次。

　　纖維收集流程：a.把稱好的混凝土倒入20L的水桶，加入半桶水，用鐵棒攪動，用0.63mm的標準篩過濾，收集纖維，保留濾液，混凝土留在原桶內，重復一次此步操作；

　　b.把a步驟中保留的濾液用0.15mm的標準篩過濾，收集纖維，倒掉濾液；

　　c.把a步驟中保留的混凝土傾倒到9.5mm的標準篩上，擱置在一20L的水桶上，用水沖洗混凝土，篩上保留粗集料，而水泥、砂、減水劑及纖維均落入桶內；

　　d.收集裹覆在粗集料上的少許纖維，倒掉粗集料；

　　e.把c步驟中桶內混合物用0.63mm的標準篩，過濾，收集纖維，保留濾液，固體混合物留在桶內，重復三次，目測固體混合物中不含有纖維為止，倒掉固體混合物；

　　f.把e步驟中的濾液體再用0.15mm的標準篩過濾，收集纖維，倒掉濾液；

　　g.把各步驟中收集的所有纖維在105℃下烘干至恒重，稱量并進行相關數(shù)據(jù)處理。

2.結果與討論

　　表2為纖維分散性實驗結果。

　　用本公司生產(chǎn)的潤強絲進行了纖維在混凝土中的分散性實驗，從實驗結果可以看出，采用了上述水洗流程所測實驗值，單位質量混凝土中纖維重量與理論值偏差明顯小于15%（CECS38：2004規(guī)定值），最小者為5.75%。

　　為了更好地評價纖維在混凝土中的均勻分散性，在此采用變異系數(shù)來評價一個樣品中三次取樣的實驗結果之間的偏差，變異系數(shù)為樣品的標準差與樣品平均數(shù)的比值，為一相對值，其大小同時受平均數(shù)與標準差的影響。變異系數(shù)越大，則表示樣本波動程度越大。從實驗結果來看，三組實驗值的變異系數(shù)分別為0.0286、0.0027、0.0108，可見各組實驗的樣本偏差非常小，最小者達到了2.7‰，這一指標很好地說明了本公司潤強絲纖維在混凝土中良好的分散性。同時，變異系數(shù)的引入，與纖維混凝土結構技術規(guī)程（CECS38:2004）中相關的要求結合，使纖維在混凝土中的分散性的評價方法更加科學與合理。

　　在實驗過程中要盡量避免纖維的損失，從而縮小實驗值與理論值的差距。仔細分析，纖維損失的主要在以下方面：

　　a. 纖維在攪拌混合過程中被損傷或斷裂，變成小段，在各次洗滌過濾過程中，未被收集到，進入廢液傾倒掉。

　　b. 在纖維被烘干至恒重后，由于在收集過程中纖維裹覆了一些細砂，需要手工分離纖維與細砂等雜質，纖維容易散落而不易收集。

3.結論

　　采用優(yōu)化的水洗實驗方法，評價了潤強絲在混凝土中分散性，結果表明，纖維的分散性良好。引入變異系數(shù)這一指標，結合實驗值與理論值偏差的實驗數(shù)據(jù)，更加科學合理地評價了聚丙烯纖維在混凝土中的分散性。

參考文獻

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　　10 鄧宗才，高性能合成纖維混凝土，第1版，北京：科學出版社，2003：33

　　11 大連理工大學主編，纖維混凝土結構技術規(guī)程（CECS 38:2004），第1版，北京：中國計劃出版社，2004：95