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“我能抗冻!”这位走红的【聚丙烯腈纤维】到底啥来头?

文章出处:鼎强聚丙烯腈纤维,http://whzd88.com/Products/dqjbxjxw_1.html责任编辑:鼎强聚丙烯腈纤维人气:-发表时间:2017-11-07 18:00【

近半个世纪来, 混凝土轨枕的科研设计、 生产技术、 铺设使用等各方面都取得了很大的进展, 铺设里程已达 71500km。 现有线路上的混凝土轨枕数量已达到 1. 6 亿根, 为国家节约了大量的木材, 并改善了轨道性能。轨枕混凝土属于干硬性混凝土, 具有水胶比小、砂率低、 硬化快、 强度高、 节约水泥等一系列优点。 生产过程中, 为加快模具周转、 缩短生产周期, 一般采用高温蒸汽养护。因此,轨枕混凝土生产成本较低并且生产加工速度较快。
    然而, 几十年来, 混凝土轨枕不断发生劣化损伤,为保证行车安全, 必须经常从营运线路上对劣损的轨枕进行更换。 有资料表明,要更换新的轨枕,其费用往往是一根轨枕本身造价的 4 ~ 5 倍。 经分析研究, 轨枕过早损伤劣化的一个重要原因是受到外界各种物理和化学的破坏作用而失效。其中在寒冷地区,冻融破坏是混凝土结构和构件损伤破坏的重要原因之一。因此,必须提高轨枕混凝土的抗冻融性能以保证轨枕的正常使用寿命。为此,我们针对轨枕混凝土的特点, 在轨枕混凝土中掺加聚丙烯晴纤维后对抗冻性能的影响进行了初步研究, 希望和同行一起探讨并共同寻求提高轨枕混凝土耐久性能的有效途径。

 

轨 枕 混 凝 土 设 计 强 度 等 级 C60, 胶 结 材 用 量480kg m3 , 掺合料用量 24%。 试验结果表明,聚丙烯腈纤维加入混凝土后,容易搅拌,使用方便,没有出现结团等现象。这是由于聚丙烯腈纤维的分子结构具有极性腈基(CN), 这个基团赋予了聚丙烯腈纤维良好的亲水性, 并且其比重大于水, 不会漂浮在水面, 因而在混凝土中分散得十分均匀。 并且由于聚丙烯腈纤维的直径非常细小, 每 kg 长度为4mm 纤维的数量高达 8 . 76 亿根,在混凝土中易形成乱向网络结构, 使得混凝土的粘稠度增加, 减少了混凝土的泌水,使混凝土的匀质性能得到很大改善。从冻融循环试验结果来看, 在同样的混凝土配合比条件下, 未掺纤维的轨枕混凝土在经历了不到 200 次冻融循环后就遭到破坏, 而掺入纤维后混凝土的抗冻融循环能力得到很大的提高, 冻融循环能力超过了 300 次, 编号 GO2 试件的抗冻融循环次数达到了 800 次, 这对于混凝土轨枕在极度恶劣环境条件下的使用提供了一条可供参考的技术途径。

混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下能经受多次冻融作用而不被破坏, 同时也不显著降低强度的性能。 混凝土受冻融循环往往是导致混凝土劣化的主要原因。 混凝土受冻融作用破坏的原因, 主要是由于混凝土内部孔隙中的水, 在负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力和因冰水蒸汽压差别推动未冻水。

向冻结区的迁移所造成的渗透压力。 当这两种压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度时, 混凝土就会产生裂缝,多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。轨枕混凝土虽设计强度较高, 但因轨枕混凝土属于干硬性混凝土且需要在高温条件下养护, 这不可避免地造成轨枕混凝土内部大量的微细裂纹的产生。 因此, 虽然轨枕混凝土强度较高, 但其抗冻性能不是很理想。混凝土中掺入聚丙烯腈纤维后,由于所选用纤维的直径非常纤细, 平均直径仅 13!m, 每 m3 混凝土内将含有数亿根纤维。经分析,掺纤维轨枕混凝土抗冻性能的提高主要是由于以下几个方面综合交互作用的结果。
1)在蒸养期间, 由于聚丙烯腈纤维的掺入可以降低混凝土内部受热膨胀造成的裂隙宽度, 有效减少混凝土早期产生的内部缺陷。 因此, 在混凝土受冻后, 由于混凝土早期内部缺陷的改善, 可提高混凝土的抗冻性能。
2) 聚丙烯腈纤维的掺入可以提高混凝土硬化后的极限抗拉强度和韧性。 因此, 在混凝土受冻后, 一方面由于混凝土极限抗拉强度和韧性的提高有效阻止了裂缝的进一步扩展; 另一方面还可以防止外界水分的侵入, 从而有效降低混凝土的冻胀开裂, 提高混凝土的抗冻能力。
3) 聚丙烯腈纤维在混凝土拌和过程中易互相搭连, 形成乱向网络结构, 改变混凝土的物理和化学结构, 并会在混凝土内部产生少量的微小气泡, 当混凝土硬化后, 这些微小气泡可隔断混凝土的毛细渗水通道,改善混凝土的孔结构,从而提高混凝土的抗冻性能。
小结:

1) 通过掺加有机聚丙烯腈纤维可大幅度提高轨枕混凝土的抗冻性能。
2) 聚丙烯腈纤维提高轨枕混凝土抗冻性能的作用机理可归纳为: 聚丙烯腈的加入具有减少蒸养混凝土的早期内部缺陷、 降低混凝土的冻胀开裂和改善混凝土孔结构等作用。
3) 聚丙烯腈纤维混凝土施工方便, 不易结团, 混凝土预期性能受外部环境影响小,施工质量易控制。



聚丙烯腈纤维是一种抗裂强度高,分散效果好,混凝土掺量为每立方米0.5-1.0kg。应用领域有:桥梁工程、道路工程、水利港口工程、建筑工程、隧道地铁工程、机场工程等等。
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