合成纤维对无砟轨道道床板混凝土早期抗裂性能
钢筋混凝土作为应用最广泛的建筑材料，在我国高速铁路无砟轨道工程中得到规模应用.双块式无砟轨道结构中道床板主要采用泵送混凝土连续浇筑施工，其具有需要浇注的混凝土量大、设计强度等级高、表面积大等特点.且我国铁路工程环境复杂，如混凝土施工措施控制不当，会导致混凝土产生裂缝，严重影响混凝土的耐久性，甚至会影响无砟轨道结构的承载力 [1-3].研究表明，混凝土开裂主要出现在施工期[4]，混凝土早期开裂主要是混凝土塑性收缩、结构的约束和抗拉强度不足的综合作用结果.在混凝土中掺加纤维作为最有效预防裂缝的措施之一，已得到了广泛的研究和应用.本文为解决道床板混凝土的塑性开裂问题，研究了聚丙烯（PP）纤维、聚乙烯醇（PVA）纤维及其两种纤维的混杂纤维对砂浆塑性抗拉强度、混凝土极限拉应变和混凝土平板抗裂性能的影响，以期为提高道床板混凝土抗裂性能提供技术支撑.
1 原材料与试验方法
1.1 原材料
水泥为金隅P O42.5水泥；矿物掺和料选用内蒙古赤峰元宝山I级粉煤灰，河北唐龙新型建材有限公司矿渣粉，其性能指标见表1和表2，表中含量均为质量分数.细骨料为细度模数为2.8、II区河砂，粗骨料为5～20mm连续级配碎石；减水剂为减水率29%的非引气型聚羧酸减水剂；纤维为聚丙烯（PP）纤维和聚乙烯醇（PVA）纤维，其性能指标见表3.
表1 粉煤灰性能指标Tab.1 Basic propertiesof fly ash检验项目 碱含量/%SO3含量/%f-CaO含量/%CaO含量/% 活性指数 烧失量 需水量比 45 m方孔筛筛余粉煤灰 0.98 0.66 0.30 3.32 75.1 4.32 93 6.0
表2 矿渣粉的性能指标Tab.2 Basic propertiesof slag检测项目 碱含量/%SO3含量/%氯离子含量/%氧化镁含量/% 烧失量 28 d活性指数 需水量比 比表面积/(m2/kg)矿渣粉 0.76 0.08 0.056 8.32 0.69 85 100 450
表3 聚乙烯醇和聚丙烯纤维的性能指标Tab.3 Basic propertiesof PVA fiberand PP fiber纤维种类 长度/mm 直径/m 容重/(g/cm3) 弹性模量/GPa 抗拉强度/MPa 断裂伸长率/%聚乙烯醇纤维 6 31 1.29 46 599 7聚丙烯纤维 19 34.2 0.91 4.7 1 600 27.6
1.2 混凝土和砂浆配合比
道床板混凝土配合比见表4，砂浆配合比见表5.
表4 道床板混凝土配合比 kg/m3Tab.4 M ix proportion of concrete石编号 水泥 粉煤灰 矿渣粉 水 砂 减水剂 PP纤维 PVA纤维5～10mm 10～20mm JZ 252 105 63 147 761 657 438 4.2 - -PP 252 105 63 147 761 657 438 4.2 0.9 -PVA 252 105 63 147 761 657 438 4.2 - 0.9 HZ 252 105 63 147 761 657 438 4.2 0.45 0.45
表5 砂浆配合比 gTab.5 M ix proportion ofmortar编号 水泥 砂 水 减水剂 粉煤灰 矿渣粉 PP纤维 PVA纤维M 0 270 1 350 160 6 112.5 67.5 - -M 1 270 1 350 160 6 112.5 67.5 0.7 -M 2 270 1 350 160 6 112.5 67.5 - 0.7 M 3 270 1 350 160 6 112.5 67.5 0.35 0.35
1.3 试验方法
1.3.1 塑性抗拉强度试验
塑性抗拉强度试验参照文献 [5]，试验装置示意图见图1.
1.3.2 极限拉伸应变、平板抗裂性能试验
混凝土极限拉伸应变按CECS 13:2009《纤维混凝土试验方法标准》进行，平板抗裂性能试验按GB/T 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行.
2 结果与分析
2.1 砂浆塑性抗拉强度
通过测试砂浆的塑性抗拉强度，间接反应纤维对混凝土塑性抗拉抵抗力的影响.图2为砂浆塑性抗拉强度.基准混凝在180min时最早开裂，由图2可知，此时基准混凝土的塑性抗拉强度远小于纤维混凝土.纤维在砂浆中乱向分布形成的三维网格分布可以承受砂浆塑性阶段受拉产生的内应力，增强了砂浆的塑性抗拉抵抗力.聚丙烯纤维的长度长于聚乙烯醇纤维，与砂浆应该具有更好的粘结性能，表现为砂浆塑性抗拉强度略高.编号为M 3的砂浆为混杂纤维，PP纤维和PVA纤维各掺0.35 g，其塑性抗拉强度最高.
2.2 混凝土极限拉应变
由图3混凝土极限拉应变可知，掺加纤维的混凝土极限抗拉应变较基准均有提高，聚丙烯纤维混凝土的极限抗拉应变高于聚乙烯醇纤维混凝土，混杂纤维混凝土极限应变值最大.其原因是由于纤维均匀的分散于混凝土内部，在混凝土受拉出现裂缝后，纤维提供一定的桥联应力，阻碍了裂缝的扩展，当纤维受拉延长超过断裂伸长率后，混凝土断裂.聚丙烯纤维的断裂伸长率高于聚乙烯醇纤维，掺聚丙烯纤维混凝土极限抗拉应变略高.两种纤维混合具有一定的协同作用，进一步提高了混凝土的极限抗拉应变.
2.3 混凝土平板抗裂性能
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