沙漠砂生態纖維混凝土抗裂收縮性能評價

李 博 王 婷 馬百龍 李海志 擺小明

(銀川能源學院, 寧夏 銀川 750200)

沙漠砂生態纖維混凝土抗裂收縮性能評價

李 博1王 婷2馬百龍3李海志4擺小明5

(銀川能源學院, 寧夏 銀川 750200)

混凝土是建筑工程領域常見的建筑材料，目前在研究沙漠砂混凝土探索過程中面臨開裂收縮尤為嚴重的問題，為了延長混凝土的使用壽命，提升沙漠砂混凝土抗裂能力，保障工程質量。考慮將生態纖維作為原材料加入其中。由于生態纖維具有天然的親水性，巨大的比表面積，龐大的纖維數量[1]，作為阻裂材料能夠有效改善沙漠砂早期收縮開裂破壞和耐久性低的問題，以求取得較好的經濟和社會效益。也具有很好的發展潛力及廣闊的應用前景。為以后補充天然資源不足和應用沙漠砂提供有益的數據支撐及理論基礎。本文安排了相關實驗，并通過對實驗結果的分析了解沙漠砂生態纖維混凝土所具有的耐久性能。

混凝土性能；沙漠細砂；物理力學；性能評價

0 前言

與一般混凝土所選用的原材料不同，沙漠砂生態纖維混凝土選用的原材料為沙漠細砂，利用砂漿配置，最終形成混凝土。作為建筑材料，沙漠細砂分布面積廣闊，較為容易獲取，具有經濟和實用型兩個方面的優勢。但在以往的沙漠砂混凝土配置中，基于粒徑過細，往往造成最高強度僅僅達到了C50標準，與普通混凝土接近，但缺少耐磨性，且使用壽命極短。因此在今后的建筑工程中，選用沙漠砂纖維混凝土前，需要對其性能進行評價。

1 物理力學測定實驗

1.1 正交實驗設計

運用實驗方法對沙漠砂生態纖維混凝土性能進行測定，主要應該運用綜合平衡的方法，通過多因素多水平的測試，最終確定各因素所具有的影響作用。本文選用了十五組樣品參與到試驗當中，通過三十天的測試，完成了對混凝土水膠比、沙漠砂取代率、粉煤灰摻量和砂率以及生態纖維摻量等多因素的測定，從中總結出各項因素之間的交互作用，最終確定了抗壓強度和劈裂強度的指標[1]。具體實驗方法為：首先將原料利用工具進行拌合，并對拌合試件進行成型和養護，使其成為混凝土樣品。在借助壓力機、加載速度的設定，對十五組混凝土樣品抗壓強度進行計算，在借助某品牌微型萬能試驗機測定拉抗性能。

1.2 正交實驗結果分析

通過對多因素的對比和抗拉抗壓性能的檢測，可以最終計算出沙漠砂生態纖維混凝土的極差R，R數值的大小可以最為直觀地對各因素的項目影響進行體現，其中，R值越大，表明各因素項目的影響能力越大，再根據各因素影響的大小排列出主次順序。在本次測試中，水膠比的R值最大，表明其對沙漠砂生態纖維混凝土性能的影響最深，其次依次為生態纖維比例、砂率、沙漠砂取代率、粉煤灰。這種實驗結果分析方法具有十分直觀的特點，因此被稱為直觀分析法。

2 干縮性測定實驗

2.1 實驗目的

在現代混凝土技術研究當中，對混凝土常常出現的干燥收縮進行了幾個方面的原因分析，其中包括毛細管張開、平面狀態水飽和、表面顆粒的膨脹和收縮等，這些理論對不同環境中的混凝土干燥收縮進行了歸納，在本文研究中，本文通過干燥過程的模擬試驗，最終明確不同試件混凝土的干縮特點，從而得到沙漠砂生態纖維混凝土的抗縮性能。

2.2 開展實驗

在以往的沙漠砂生態纖維混凝土中，最常見的收縮情況可以分為干燥收縮、塑性收縮和自收縮、溫度收縮、碳化收縮等幾種形態，其中經干收縮最為普遍與常見，且富含深層機理，無法借助表面觀察發現，因此需要開展實驗進行測定。

實驗方法依照《普通混凝土長期性能和耐久性能實驗方法》（GBT50082-2009）的要求，選用了“接觸法”進行。首先對樣品試件進行為期三天的養護，并在恒溫的標準養護室中完成放置條件設置，保證各個樣品試件間隔大于 3cm。在恒溫恒濕的環境當中，對試件的初始長度進行設定，并依此分為一天、三天、七天、十四天、二十八天進行變形讀數。為了保證準確，每個試件在每次讀數時需重復讀取三次。最后利用公式對混凝土的初始長度、初始讀數和測定長度讀數進行計算，最終得到混凝土收縮率[2]。

2.3 實驗結果分析

在多種樣品當中，既包含普通配比的復合生態纖維基準砂，同時還包含了最優配比的最優砂混凝土，也有未摻纖維混凝土，這三種混凝土在實驗結果中所表現出的特點各有不同。其中收縮率最大的為復合生態纖維基準砂混凝土，在各時間段的讀數和計算中，收縮率為三組之最，而最優生態纖維砂混凝土的收縮率相對較好，在十四天以內的讀數中保持最佳，雖然在后續的時間段讀數中收縮率稍有提高，但在第四十五天左右趨于穩定，保持最低，且收縮率增速為最慢。由此可以看出，在沙漠砂纖維混凝土中，生態纖維對于收縮具有一定的抑制作用，同時，對干縮現象的抑制十分顯著。

3 極端環境測定抗裂性能實驗

3.1 實驗目的

混凝土開裂是目前建筑工程當中所面臨的主要質量問題之一，對于沙漠砂生態纖維混凝土來說，除了具備傳統混凝土手段溫度應力變化的影響發生開裂現象之外，其在極端溫度變化環境當中，也會出現開裂現象。因此本文針對開裂原因，設計了極端溫度變化環境的模擬試驗，分別對三種試驗試件進行實驗，從而確定其在極端溫度變化環境中抗開裂的性能。根據這一需求，本文將混凝土可能面對的極端溫度環境通過凍融箱的方式進行模擬，并利用快凍法實驗，對三種試件混凝土進行多次凍融操作，最終獲得混凝土的特性，并進行分析。

3.2 開展實驗

對于沙漠砂生態纖維混凝土來說，內部孔結構、水飽和程度、水灰比以及含氣量和平均氣泡間距都是深刻影響抗凍性能的重要因素。因此本文選用了快凍法實驗方式展開實驗，相較于傳統的慢凍法實驗，快凍法可以縮短實驗周期提升實驗效率，并且不會造成試件破壞，可以重復開展實驗。快凍法需要運用到自動快速凍融循環機實驗設備，在凍融設備當中，放入裝有試件的測溫試件盒，并將其安置在凍融箱的中心位置，并對凍融箱進行設置，保證運轉時凍融箱防凍液各點溫度相差不能超過2℃。此外，要保證凍融循環時間控制在四個小時以內，且融化時間不得低于一個小時，從而開展快速的凍融循環[3]。在實驗當中，評定標準設置為混凝土試件的質量損失以及相對動彈模量兩個方面，當質量損失達到5%或動彈模量下降到60%時即可停止實驗[4]。再根據實驗數據中動彈模量和質量損失以及凍融次數等數據進行計算，最終得出實驗結果。

3.3 實驗結果分析

一般情況下，混凝土在經歷過反復凍融之后，會出現內部開裂以及表面剝落現象，導致質量和動彈模量下降。本文的實驗依舊針對復合生態纖維基準混凝土、最優混凝土和無纖維混凝土對比進行，同時，以五十次凍融為循環點進行了四次測試，其中質量損耗三者相差不大，其中質量損耗最小的仍然為最優混凝土，在第一百五十次凍融和第二百次凍融中表現最為優異，損耗率分別為 0.1521和0.2088，相對動彈模量則分別為97.89和98.23，相較于另外兩組試件，平均降低1.02%左右[5]。從中可以看出生態纖維能夠提升混凝土的抗開裂能力，而沙漠砂混凝土中含有的粉煤灰和沙漠砂則使其抗開裂能力有所降低。

4 結論

通過多組實驗對三種不同程度的混凝土試件進行實驗，實驗結果表明沙漠砂混凝土在受到其內部結構中砂率、粉煤灰等因素的影響，導致其在實驗當中并不具有較強的抗裂抗收縮性能，相比之下，最優化的生態纖維沙漠砂混凝土通過了實驗測試，在多種實驗環境中表現最佳，是目前混凝土中性能較好的品類。

[1]雷偉麗,王世儒.快速腐蝕法研究復合生態纖維混凝土耐腐蝕性.廣西水利水電，2012 （4）:75-77.

[2]姚武，封志輝.聚丙烯纖維對水泥砂漿干縮開裂的影響[J].建筑材料學報，2006，9（3）：357-360.

[3]朱長華，王保江，裘智輝，等.CRTSΙ型無砟軌道道床板裂縫成因分析及應對措施[J].施工技術，2012，41（5）：77-79，88.

[4]朱長華，李享濤，工保江，等.內養護對混凝土抗裂性及水化的影響[J].建筑材料學報，2013，16（2）：221-225.

[5]孔祥明，李啟宏.高吸水性樹脂對水泥砂漿體積收縮及力學性能的影響[J].硅酸鹽學報，2009，37（5）：855-861.

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