文摘

目前的研究对聚乙烯醇纤维增强混凝土的干燥收缩行为(PVA-FRC)包含短的长度(6毫米)和长度(12毫米)裸单丝PVA纤维为0.125%,0.25%,0.375%,和0.5%体积分数。粉煤灰也被用作部分替代硅酸盐水泥的混合。PVA-FRC混合相比长度变化的控制混凝土(缺乏纤维)3存储间隔:早期(鹿),短期(0-28天)和长期(28 - 112天)的时间间隔。FRC和控制混凝土的收缩结果112天表示,所有PVA-FRC混合比控制表现出较高的干燥收缩。的收缩展出PVA-FRC混合范围从449到480微应变,这个价值只有427微应变的控制。此外,长纤维表现出更高的质量损失,所以可能会导致更高的收缩。

1。介绍

混凝土是被认为是世界上最普遍使用的建筑材料(1]。是著名的混凝土提供了显著的力学性能,伟大的多功能性,经济效率相比其他建筑材料2]。然而,必须指出具体是名誉扫地的脆性和强度重量比。此外,在服务、结构混凝土发生体积变化由于水合作用和蒸发水分的损失。这个体积变化和运动经历了以这种方式称为收缩(2]。

体积收缩的混凝土通常是减少通过四个主要机制:毛细管张力,在水表面张力,楔裂压力,改变矩阵内的水泥(3]。混凝土往往与它的服务环境达到平衡。如果环境是一个干燥的大气暴露面混凝土失去水的蒸发。蒸发率将取决于相对湿度、温度、水灰比、混凝土表面接触的面积(4,5]。第一个水从具体的丢失是举行大型硬化混凝土的毛细毛孔。这水的损失不会引起明显的体积变化(6]。

然而,正如解释Tam et al。7),从毛细管水不断蒸发和凝胶毛孔,形成弯月面沿毛细管孔隙网络和表面张力。的蒸汽压力降低毛细毛孔,水在残余拉应力增加。这些抗拉应力与压应力平衡作用在混凝土的表面层次,因此混凝土的收缩发生(即。、变形)。蒸发的水凝胶孔隙的混凝土表面造成额外的表面收缩。干燥收缩变形的一部分。

水泥硬化浆体包含一个凝胶被称为水合硅酸钙凝胶(C-S-H)。当这种凝胶合同含水量减少,进而导致在混凝土干燥收缩的影响(8]。具体将试图达到平衡的环境在水泥水化。存在许多影响收缩的程度相关因素如原料属性(如水泥、骨料和掺合料),温度,相对湿度(RH),年龄,和混凝土构件的体积大小9]。

它已被研究人员特别关注的2,10- - - - - -13]近年来最小化上述收缩问题,利用内在纤维作为一种强化混凝土的矩阵。使用小说等合成纤维单丝聚乙烯醇(PVA)纤维在纤维钢筋混凝土(FRC)会影响硬化混凝土的整体性能(14- - - - - -16),干燥收缩是特别感兴趣的。然而,纤维的长度和体积的确切影响内容仍然是未知的。

采用聚乙烯醇(PVA)从聚醋酸乙烯酯,由治疗容易水解与水醇溶液酸或碱(17]。PVA包含羟基(OH)可能形成分子间氢键导致显著改变表面PVA纤维之间的结合强度和水泥矩阵(18]。

利用纤维混凝土混合(FRC)通常被视为预防方法硬化混凝土的裂缝在表面形成层(19,20.]。纤维允许裂纹的桥接,这有助于增加混凝土的延性复合postcracking阶段后(21,22]。纤维混凝土旨在产生更强和更严格的混凝土,特别是改善延性和耐久性和减轻由于收缩开裂[23]。纤维也被报道(24)提高胶结复合结构的疲劳寿命周期。纤维在混凝土已知控制开裂引起的干燥和/或塑性收缩行为发生在胶结矩阵(25,26]。

混凝土干燥收缩的缓解艾滋病美学也通过控制和防止收缩裂缝混凝土的耐久性可以增强2]。混凝土的剥落开裂引起的收缩将暴露出钢筋等积极的化学物质在水中氯离子的渗透混凝土的表面,达到钢,并导致腐蚀(27]。从收缩开裂是一个相当复杂的变形机理,影响因素,如裂纹的大小,水平的克制,收缩,开发强度和软化的压力2]。

虽然传统的混凝土的收缩特性被广泛研究[4,28),由于干燥收缩和质量损失之间的关系建立了传统的混凝土,有限的研究进行了PVA纤维混凝土的干燥收缩行为。

因此,本研究的目的是量化的收缩量经验和传授纤维长度的变化,长宽比和内容PVA-FRC干燥收缩。

2。实验的细节

2.1。材料

七组混凝土混合使用的原材料准备表所示4。收缩有限公司(SL)硅酸盐水泥(PC)和粉煤灰(FA)被用作纤维钢筋混凝土的粘结剂混合。FA的细度45μ米筛决心通过94%(按照3581.1测试-1998)。绑定表中列出的氧化物1。

20毫米的最大公称尺寸骨料混合使用。混合料配合比设计中使用的所有聚合来自多莫尔总督,澳大利亚,包括50/50混纺细/粗人工砂和10毫米和20毫米安粗岩碎砾石。所有骨料的级配用于这项研究符合澳大利亚标准(图2758.1规范和限制1和2)。

总准备混合前饱和表面干燥条件。饮用自来水后用于混合级调节室温的水(°C)。此外,为了改善和易性,基于多羧酸的醚高幅度减水外加剂(HWR)使用。单丝裸聚乙烯醇纤维2不同的几何图形,6 - 12毫米,属性表中提到的2和图解积分法如图3在所有FRC混合使用。

2.2。混合

混合设计采用获得抗压强度特征(55岁)3600 MPa符合要求结构混凝土(从20 MPa 100 MPa)与水胶结材料比(w / c)为0.35。为了获得所需的衰退毫米,HWR剂量是不同的。组合名称如表所示3混合和混合比例的细节表中列出4。

原材料配合比成分是由质量。在这项研究中使用的纤维体积分数是一个阈值限制的0.5%;这个极限是来源于几种混合初步试验的结果表明,更高的纤维体积分数的公司失去凝聚力的具体结果。

控制混凝土(nonfibre钢筋混凝土),混合了按照澳大利亚标准为1012.2;然而,对于FRC混合,由于亲水性纤维的存在,传统的标准混合政权在1012.2混凝土修改。细骨料是首先与PVA纤维在垂直锅里混合搅拌,直到观察纤维分散均匀。粗骨料被添加和进一步混合3分钟。此后,SL PC、FA和水和混合进一步介绍了3分钟。为了调整经济衰退,HWR第一分钟内添加添加胶结材料。混合3分钟后,休息一段2分钟后进一步应用混合3分钟达到均匀的混合。经济衰退和压实系数测量推断出单独的和易性措施。

进行所有新鲜属性测试后,混合放入模具中。此外,外部振动器被用来实现适当的整合和最小化的裹入气产生的混合。模具满是塑料布和湿毛巾保留水分,完成后用抹子所有标本的表面。在24 h,标本脱模,然后放置在石灰饱和水治疗的温度°C到测试的日期。

2.3。测试

衰退和压实系数来确定一致性后澳大利亚标准1012.3.1 1012.3.2测试方法,分别。此外,空气含量和质量单位体积测量研究的影响PVA纤维混凝土的塑性状态的属性(作为1012.4.2和1012.5)。

混凝土抗压载荷下的行为也被评估进行单轴抗压强度测试。圆柱形标本100×200毫米直径高度负荷率控制条件下进行了测试在1800 kN万能试验机1012.9(相当于负载率每分钟MPa压力)。抗压强度是决定在7岁,28日,56天。静态和弦弹性模量(MOE)测试也进行了150×300毫米直径高度气缸后澳大利亚标准1012.17测试方法。

干燥收缩的测量是按照澳大利亚标准1012.13试验方法标准。标准尺寸的模具是在这项研究中的应用是图所示4。测量螺柱固定螺丝(也称为收缩别针)被放置在模具成型的混凝土收缩。

最初的阅读质量和计量长度,石灰饱和水的样本删除7天从造型和多余的水是用湿布擦拭。水平比较器是用于确定水平长度(计量长度)。5阅读每个标本被错误降至最低,澳大利亚标准1012.13中提到的程序。每个样本的质量也是为了记录计算质量损失作为时间的函数。

方程(1)是用来确定干燥收缩应变在一个特定的时间。考虑 在哪里干燥收缩变形在时间吗,标本测量时间吗在毫米,试样的初始长度在毫米,是原始标距长度(见图4)毫米。

标本保存在货架在干燥室的温度控制°C和相对湿度%的112天。收缩和质量损失监测读数后3天,之后每隔7天到112天的时间大部分的干燥收缩。

3所示。结果与讨论

3.1。新的属性

衰退,压实系数、空气含量和单位体积质量不同的混合测量和结果列于表5。可以看出,随着纤维体积的增加,需要更多的HWR达到一个可接受的衰退。这个观察之前也被发现在Zollo塑料纤维体积含量超过或接近0.5%;和易性是显著减少由于纤维之间的界面行为在混合和胶结材料在混凝土19]。

通过检查记录的结果显示在表中5,它可以推断这个PVA-FRC混合倾向于介绍空气相比,控制混凝土。塑料纤维的引入是创建更大的间质纤维之间的空隙,水泥浆,骨料(29日,30.]。

结果表5还表明,随着纤维体积的增加,混凝土的质量单位体积减少。这可能是由于低质量的单位体积纤维和更高的裹入气当纤维体积增加内容。结果展示在表5显示,通过增加数量的纤维结构,密度减少2450公斤/米³为控制到2300公斤/米³12 - pva - 0.500。单位体积减少的质量很大程度上取决于纤维的体积和数量矩阵以及纤维的长度和数量。也是可以理解的,在相同的纤维体积分数,12毫米纤维影响MPV超过6毫米的纤维,这可能归因于长纤维的比例更高。

3.2。硬化特性

控制和FRC的抗压强度与不同纤维体积分数从0.0%到0.5%不等,28岁,56天的年龄呈现在表6和图5。标准偏差计算每个混凝土的抗压强度设置显示的水平变化从平均强度的报道3标本检测每个时代。低标准偏差表示试样的抗压强度往往是非常接近的平均强度,使得更高层次的信心在统计平均强度报告。强度有效性的定义是增加或减少的百分比在FRC的强度比控制在同一年龄也被计算。

通过查看结果表6和图5指出,它可以使用相同的纤维体积分数、短纤维明显提高了抗压强度比长纤维(例如,2.5%到11.7%的28天)。类似的观察其他类型的合成纤维(即。,polypropylene fibres) have previously been reported by other researchers [31日,32),增加塑料纤维的长度会导致较低的抗压强度。此外,最佳纤维体积分数0.25%被发现在所有年龄与56-day抗压强度增加13.8%相比指出控制。

静态和弦FRC的弹性模量和控制后7日,28日,56天的固化比较表7。的结果,它可以指出,混凝土的弹性模量PVA-FRC混合固化的随着年龄的增加。也发现,PVA纤维在低体积分数在这项研究中的应用(< 0.50%)不明显影响弹性模量虽然有些波动已经观察到的结果。这些变化更明显的后早期(7和28天),而56天后大多数FRC混合有密切值的控制。这些观察结果也之前其他研究者报道(33,34)与各种不同类型的纤维弹性模量没有显著影响静态弹性模混凝土,由于低纤维含量。然而,预计,在英国财务报告理事会,添加更多的纤维会导致减少混凝土弹性模量和纤维含量相同的长纤维导致低MOE的混凝土。

3.3。收缩和质量损失

水的损失对时间英国财务报告理事会和控制具体如图6。在质量损失大幅增加PVA-FRC指出在所有12毫米。12 - pva - 0.125展出质量损失1.6%相比,经过7天的空气存储控制混合的质量损失0.95%的价值。这个观察表明12 - pva - 0.125的质量损失70%以上的质量损失控制在7天。从图6很明显,所有PVA-FRC混合表现出更高的质量损失在7天。这可能是可能是因为更多的空洞的存在由于添加纤维增加了大量的裹入气。

从绘制的数据图612 - pva - 0.125显示,最高的质量损失,达到最大值后112天。可以得出结论,短纤维通常表现得比长纤维。图中可以看到6最理想的混合的质量损失计算是6 - pva - 0.250用最少的质量损失相比,所有其他的混合。

shrinkage-time关系,发展了一段时间的112天的空气存储、数据所示7和8。发现所有PVA-FRC混合表现出更高的总干缩比控制在0到112天之间。此外,长纤维表现出更高的收缩比短纤维。390年的最高收缩μ应变表现出了6毫米纤维28,而这个值是420μ12毫米纤维混合应变。尽管如此,320年的控制只表现出收缩μ压力明显低于PVA-FRC混合。

规范化的早期(7天)收缩FRC的结果对控制混凝土呈现在图9。控制减少收缩(即展出。,4。6% lower shrinkage) than all PVA-FRC mixes except for 6-PVA-0.500 incorporating 0.5% of 6 mm fibres. The 6-PVA-0.250 displayed 110% more shrinkage than the control after 7 days. Furthermore, the 12-PVA-0.250 mix also exhibited the highest amount of shrinkage than the other 12 mm FRC with 75% more shrinkage than the control.

6毫米PVA-FRC展出收缩小于12毫米PVA-FRC除了6 - pva - 0.250混合。6 - pva - 0.500混合也显示早期收缩最理想的结果。

短期(28天)收缩的结果FRC规范化控制具体如图10。从策划收缩数据,控制显示最低的收缩比PVA-FRC混合在28天。在早期(7天),6 - pva - 0.500显示最理想的结果。这种混合继续表现出更少的收缩相比,所有其他混合除了控制,表现出只有9.5%高收缩比控制在28天。最不受欢迎的结果被发现12 - pva - 0.125,表现出30%高收缩比控制。

图11显示了规范化的长期(112天)FRC对控制混凝土的收缩。所有FRC混合显示相比非常相似的干燥收缩值控制。

结论可以从结果中给出的数字7和8收缩的影响是更重要的在干燥的早期阶段。

水的质量损失和收缩的关系如图12。应该注意的是,水的质量损失与总量的变化不相关的硬化混凝土样本。初始水损失可能会导致很少或没有收缩(6]。然而,沿着表面吸附水的蒸发层的混凝土会引起体积变化。这个体积的变化或多或少等于水的损失一个分子层厚从所有凝胶粒子的表面6]。清空的毛细管气孔造成的损失没有大量的收缩水。这可以从图在图的第一部分12(质量损失等于30克)。结果表明,混合加入PVA纤维应该降低大量的毛细管孔隙和自由水相比,控制混凝土自低质量损失是FRC的记录。然而,一旦失去了毛细毛孔的水,吸收水的去除导致几乎相同的方式控制收缩混凝土对大多数PVA-FRC混合。这种交互证明对图的最后一段类似的行为。

从收缩的结果绘制相应的不同混合图的质量损失12,观察显示一个几乎线性关系之间的收缩和质量损失,这符合先前的调查(35- - - - - -37]。

4所示。摘要和结论

可以得出下面的结论基于这一研究获得的结果。(一)采用PVA纤维混合的和易性下降。更多的HWR被要求达到一个理想的衰退。纤维体积含量超过或接近0.5%,和易性是减少由于纤维之间的界面行为在混合和胶结材料在混凝土19]。此外,混合纤维长度较长的证明低低迷相比,短纤维长度相同的纤维体积增加。(b)抗压强度结果表明,几乎所有的PVA混合合并表现出抗压强度低于控制固化7天后。积极的一面,这一趋势逆转养护28天后被发现。几乎所有的PVA混合合并表现出更高的比控制在28天抗压强度。同样值得注意的是,纤维体积分数、短纤维增强抗压强度比长纤维。此外,最佳纤维体积分数0.25%被发现所有治疗年龄增加了13.8%在56-day抗压强度比控制。(c)试验结果表明,PVA纤维在低体积分数在这项研究中的应用(< 0.50%)不显著影响弹性模量。(d)FRC和控制混凝土的收缩结果112天表示,所有PVA-FRC混合比控制表现出较高的干燥收缩。此外,长纤维表现出更高的质量损失,所以可能会导致更高的收缩。这可能是由于PVA纤维的亲水特性在新鲜状态混凝土的吸水和释放这个吸收水混凝土硬化。

因为它已被许多研究人员(之前报道33,38,39),聚合物纤维的掺入混凝土体积分数较低(< 1%)主要是公认的有效控制和减轻塑性收缩开裂的敏感性。然而,这项研究的结果显示,相反。因此,它可以表示,在这种情况下,减少混凝土收缩是很重要的,处女(裸)PVA纤维的使用应该被避免。在这种情况下,一个表面代理形式的石油可能适用于PVA纤维的表面使其更疏水(15]。石油基表面处理剂的引入也建议fibre-matrix债券特点和PVA纤维性能改善在矩阵和综合力学性能和韧性也增强40- - - - - -43]。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

作者要感谢的支持建造基础设施研究中心(CBIR)悉尼科技大学(ut)。