聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土的性能研究

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针对我国寒冷盐碱地区水泥混凝土路面易于剥蚀的工程问题,本试验研究配制了适合寒冷盐碱地区水泥混凝土路面罩面修复的水泥基复合材料一聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土。采用以纤维掺量和胶粉掺量为考察对象的多点分布试验,研究分析了聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土的力学性能,以及四因素(纤维掺量、纤维长度、胶粉掺量和硅粉掺量)三水平的正交方案研究分析了聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土的混凝土抗折强度、抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、抗磨耗性能、收缩膨胀性能、抗冻性能以及微观结构形态和水化产物成份。最终通过功效系数优化分析方法确定了面向寒冷盐碱地区混凝土路面罩面修复应用的聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土的最优配制参数,得出了以下主要研究结论:(1)聚合物胶粉5044N对聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土的抗折强度和抗压强度的影响高度显著,并且胶粉随掺量的增加在一定范围内会弱化抗折强度和抗压强度。胶粉掺量对混凝土抗拉强度存在最佳掺量为5%。(2)聚丙烯纤维和聚合物胶粉5044N均能够显著提高混凝土的韧性,且聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土的抗压强度与弹性模量符合Ec=0.278fc+19.209线性关系,相关性十分显著;(3)聚合物胶粉在水泥水化同时形成乳胶薄膜和引入气体能大幅度的提高混凝土的抗冻性;硅粉能有效的改善混凝土内部的孔结构,提高抗冻性;聚丙烯纤维配合胶粉能减轻胶粉在混凝土出现微裂缝时所受的拉应力,从而有效延长混凝土的抵抗冻融破坏的时间。(4)聚丙烯纤维掺量对聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土60d和90d的抗盐蚀性能影响最为显著,并且纤维体积掺量在0.1%时的抗盐蚀效果最好。聚合物胶粉5044N对聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土60d和90d的抗盐蚀性能影响仅次于聚丙烯纤维,且掺量在5%时为抗盐蚀的最佳掺量。(5)聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土的收缩率εt与测试龄期t符合指数函数et=fβ1.exp(-t/β2)+ao的关系,且在显著性水平a=0.01下其相关性显著;胶粉会增大混凝土后期的收缩,纤维掺量的增加能够有效抑制混凝土的收缩,硅粉掺量为2.5%和纤维长度为6mm时混凝土的收缩最小。(6)配制参数为纤维掺量0.1%,纤维长度9mm,胶粉掺量5%,硅粉掺量2.5%的聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土,综合性能较优。(7)尽管聚合物胶粉对硅粉的火山灰活性效应有一定影响,但是胶粉与硅粉、纤维的复合效应使混凝土内部形成了分布均匀且封闭的孔隙和遍布混凝土基体的纤维网结构,从而有效地改善了聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土的力学性能和耐久性。
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