混凝土路面破损修补新材料的分析应用

【摘要】首先对纤维的阻裂机理进行了分析．然后通过聚丙烯纤维混凝土和砂浆的力学性能实验、收缩实验度早期收缩开裂实验．讨论聚丙烯单丝纤雏对修补混凝土度砂浆力学性能和早期收缩开裂的影响。

【关键词】混凝土路面；破损；修补；新材料

 

 

 

    塑性开裂是混凝土的常见病害，加之早期修补混凝土的自生收缩大，致使修补混凝土在一开始就易产生大量的、不规则的、无取向性的混凝土塑性裂缝．造成修补混凝土开裂。用纤维来提高混凝土抗收缩变形能力是改善修补混凝土开裂的重要途径。近年来，我省在七台河等地采用聚丙烯纤维混凝土对路面混凝土破损进行维修，收到了较好的效果。

 

 

    纤维阻止混凝土塑裂的机理具体表现在两个方面：

    第一，塑性裂缝总是从混凝土表面的原生微裂缝处开始扩展。当微裂缝的长度大于纤维的间距时，纤维将跨越裂缝起到传递荷载的桥梁作用，使混凝土内的应力场更加连续和均匀，使微裂缝尖端的应力集中得以钝化，裂缝的进一步扩展受到约束。

    第二，长度小于纤维间距的原生裂缝扩展遇到纤维时，纤维将迫使其改变延伸方向或跨越纤维生成更微细的裂缝场．显著增大了微裂缝扩展的能量消耗。

 

 

    试验表明在不改变配合比情况下，纤维混凝土（砂浆）中的纤维掺量存在最佳值时，掺纤维的修补混凝土早期抗压强度明显提高。其3d抗压强度就达到了设计强度的56%~62%，纤维混凝土比普通混凝土抗压强度分别提高了4%~28%，并且抗压强度稳定增长。7d抗压强度比普通混凝土提高2%~33%，其强度增长速度分别是普通混凝土的65%~360%，28d抗压强度值比混凝土提高了9%~26%，说明后期抗压强度仍稳定快速增长。 砂浆抗压强度试验表明：一定量的纤维掺加到砂浆中也可以明显增加砂浆的抗压强度。

 

    此外，掺加纤维的混凝土比普通混凝土的早期抗折强度也有明显提高。3d抗折强度分别比普通混凝土提高21%～49%，7d抗折强度比普通混凝土没有明显提高，说明纤维混凝土中期抗折强度发展较为缓慢，28d抗折强度比普通混凝提高11%~2%，说明混凝土后期抗折强度稳定快速增长。

 

 

    聚丙烯纤维对混凝土早期收缩期到了一定的限制作用。试验表明掺入一定量的聚丙烯纤维可以明显地减少混凝土的收缩变形。与普通混凝土相比，聚丙烯纤维混凝土减少收缩12．6%， 这是由于纤维良好的韧性和抗拉性能限制了混凝土的收缩变形，其主要原因在于聚丙烯纤维在混凝士中乱向分布形式大大有助于削弱混凝土的塑性收缩，收缩的能量被分散到每立方米数千万条具有高抗拉强度而弹性模量相对较低的纤维单丝上，从而极为有效地增加了混凝土的韧性，抑制了混凝土微细裂缝的产生和发展。同时，纤维具有一定的含水和保水性能，纤维在混凝土中吸附丁一定的水分，从而减小了因胶凝材料水化而消耗的水，无数纤维形成的支撑体系，有效地保证了均匀泌水，阻碍沉降裂缝的产生，从而减小了混凝土的收缩。

 

 

    试验过程中发现：普通混凝土试件在成型后3．5h出现第一条裂缝，而掺有聚丙烯的混凝土试件在成型4h左右出现第一条裂缝，掺加纤维的试件比普通混凝土试件延迟了裂缝出现的时间，并且第一条裂缝的长度也明显的缩短，裂缝的宽度也由0．1mm变为0．05mm，开列情况明显改善。随着混凝土水化的不断进行，裂缝的进一步扩展又是怎样的呢?在混凝土成型后的24h内，普通混凝土板出现裂缝的条数从1条明显增长到14条；裂缝的总长从32mm增至313mm：最大裂缝的宽度由最初的0. l0mm增加到0．45mm。裂缝多成连续状，开裂情况比较严重。而掺入聚丙烯纤维的混凝土板裂缝的条数多数出现在混凝土开裂3h后；裂缝的总长度由开始的24mm增加到205mm。与普通混凝土相比，裂缝长度减少了34．5%； 最大裂缝的宽度由最初的0．05mm 增加到0．30mm，比普通混凝土稍有减少，裂缝宽度减少了33．3% 从整体上看混凝土的开裂得到了一定控制。

 

    通过以上分析可以看到：聚丙烯纤维单丝直径较小，又具有在混凝土内部的良好分散性，在水泥材料中呈三维乱向分布，相互交叉搭接呈网络结构，可承受因基材收缩而引起的内应力，从而抑制基材中微裂缝的生成和发展。

 

 

    通过对维修破损路面的观测及聚丙烯纤维混凝土和砂浆的力学性能实验、收缩实验及早期收缩开裂实验，研究了聚丙烯单丝纤维对修补混凝土及砂浆力学性能和早期收缩开裂的影响，并对混凝土塑性开裂和纤维的阻裂机理进行了分析。结果表明，一定量的短切聚丙烯单丝纤维掺入修补混凝土和砂浆后，可以提高混凝土和砂浆的力学性能，可以显著提高混凝土的抗收缩能力，并有效抑制混凝土和砂浆早期塑性收缩裂缝的生成和发展，可提高路面混凝土的抗冲击性、抗折性、抗渗透性、耐久性、耐磨性等，证明了该材料及工艺可以大范围的应用于我省混凝土路面养护维修施工中，可以有效地以延长路面混凝土的使用寿命，具有可观的技术经济价值和社会效益。