混雜纖維輕骨料混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)研究

靳 哲 鑫

(武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引言

混凝土因?yàn)槠渲谱鞑牧蠌V泛、材料價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等特點(diǎn)，而被廣泛的應(yīng)用于土木工程的各個(gè)領(lǐng)域中[1]。隨著建筑、橋梁等領(lǐng)域的高速發(fā)展，高層、大跨度是如今建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢，而混凝土自重大的缺陷恰恰違背了這一發(fā)展趨勢[2]。所以輕骨料混凝土在建筑等行業(yè)中的應(yīng)用逐漸多了起來，輕骨料混凝土是指采用輕粗骨料、輕砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的干表觀密度不大于1 950 kg/m3的混凝土[3]。

在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，能夠保持正常的使用功能以及外觀的能力稱為混凝土的耐久性，而與混凝土耐久性關(guān)系極為緊密的是混凝土的抗水滲透性能[4]?；炷恋膬鋈谄茐摹⒘蛩猁}腐蝕等破壞，均是有害介質(zhì)通過溶液經(jīng)過混凝土內(nèi)部的孔隙滲透到混凝土內(nèi)部，從而進(jìn)一步對混凝土造成破壞，因此，混凝土的抗?jié)B性不單單指的是混凝土抵抗外界水的能力，更是評價(jià)混凝土抵抗環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)進(jìn)入和腐蝕的能力的重要指標(biāo)[5]。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中所用水泥是武漢華新水泥廠的42.5級普通硅酸鹽水泥，試驗(yàn)中所選用的細(xì)骨料為天然河砂，中砂；所選用的粗骨料為湖北宜昌寶珠陶粒開發(fā)有限公司生產(chǎn)的高強(qiáng)頁巖陶粒，碎石型，表觀密度為1 330 kg/m3，堆積密度為800 kg/m3，粒徑不大于20 mm。試驗(yàn)中所加入的纖維是鋼纖維和聚丙烯纖維，其中鋼纖維密度為7.8 g/cm3，抗拉強(qiáng)度為1 200 MPa，彈性模量為200 GPa，長度為37 mm，波紋狀；聚丙烯纖維密度為0.91 g/cm3，抗拉強(qiáng)度為287 MPa，彈性模量為3.5 GPa，長度為19 mm，束狀單絲。鋼纖維屬于高彈性模量纖維，聚丙烯纖維屬于低彈性模量纖維，二者混雜可以互補(bǔ)，在不同層次和結(jié)構(gòu)上改善混凝土的綜合性能。

1.2 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)總共分為16組，其中單摻鋼纖維輕骨料混凝土有3組，鋼纖維體積率分別為1.0%,1.5%,2.0%；單摻聚丙烯纖維輕骨料混凝土有3組，聚丙烯纖維體積率分別為0.05%,0.10%,0.15%；混雜纖維輕骨料混凝土有9組，將上述鋼纖維和聚丙烯纖維按一定體積率混雜后摻入到普通輕骨料基體中，還有一組未摻纖維的普通輕骨料混凝土對照組。試驗(yàn)中選定鋼纖維體積率和聚丙烯纖維體積率兩個(gè)影響因素，采用松散體積法配制強(qiáng)度等級為LC30的輕骨料混凝土進(jìn)行抗水滲透試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方法

混凝土抗水滲透試驗(yàn)的試驗(yàn)方法有三種，分別為：穩(wěn)定流動法、抗?jié)B標(biāo)號法以及滲透高度法。本次試驗(yàn)采用的是滲水高度法，試驗(yàn)中所用抗?jié)B儀使得試驗(yàn)中的水壓應(yīng)能均勻穩(wěn)定的作用在試件上。制作混凝土試件所用試模為塑料試模，試模為圓臺體，上下口內(nèi)部直徑分別為175 mm和180 mm，高度為150 mm。抗?jié)B儀啟動之前需要對試件進(jìn)行密封，使得抗?jié)B儀的水壓持續(xù)而均勻的作用于試件的中心，混凝土抗水滲透試驗(yàn)中的密封方法有三種，分別為石蠟(或加松香、瀝青)密封法、黃油密封法、中性硅酮耐候膠密封法等。本次試驗(yàn)采用石蠟密封法，首先將事先準(zhǔn)備好的石蠟與松香按一定比例配合好后放入烘箱加熱直至二者全部融化，隨后用抹子將其均勻涂抹在圓臺體的側(cè)面，見圖1和圖2。試驗(yàn)中采用的梯形板尺寸為200 mm×200 mm，梯形板由透明材料制成并配有等間距的十條直線。試驗(yàn)中還需要淺盤、螺旋加壓器、烘箱等輔助設(shè)備。

1.4 試驗(yàn)步驟

本次抗水滲透試驗(yàn)采用滲水高度法，每組6個(gè)試件。試件養(yǎng)護(hù)齡期為28 d，待試件養(yǎng)護(hù)27 d時(shí)，從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中取出試件，將試件用干布擦拭干凈后檢查試件表面，若試件表面無破損并且試件表面完整即可進(jìn)行后續(xù)操作。隨后用刮刀為試件去除毛邊并將試件晾干。隨后用烘箱將試件套進(jìn)行預(yù)熱，并按比例配制好石蠟和松香。然后將配制好的石蠟與松香放入烘箱加熱直至二者全部融化，隨后將融化的石蠟均勻涂抹在試件側(cè)面，接著將密封好的混凝土圓臺試件壓入預(yù)先加熱的試件套，最后將試件套連同試件安裝在抗?jié)B儀上進(jìn)行試驗(yàn)，如圖3所示，安裝完試件后隨即打開6個(gè)閥門，使水壓在10 min左右升至(1.2±0.05)MPa，隨后檢查試件與試件套連接處有無漏水情況，如無漏水情況，使水壓在24 h內(nèi)穩(wěn)定在(1.2±0.05)MPa。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

每組共6個(gè)試件，每個(gè)試件的平均滲水高度按照式(1)進(jìn)行計(jì)算，精確至0.1。

(1)

其中，hm為第m個(gè)試件的平均滲水高度；hk為第m個(gè)試件的第k個(gè)測點(diǎn)處的滲水高度；10個(gè)測點(diǎn)滲水高度的平均值作為該試件滲水高度的測定值。每組試件的平均滲水高度按式(2)計(jì)算。

(2)

其中，h為每組試件的平均滲水高度，計(jì)算結(jié)果精確至0.1。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 抗水滲透試驗(yàn)結(jié)果

2.2 試驗(yàn)分析

從表1可以看出在輕骨料混凝土中無論是摻入單摻鋼纖維、單摻聚丙烯纖維還是混雜纖維均不同程度的改善了混凝土基體的抗水滲透性能，其中，單摻聚丙烯纖維系列在聚丙烯纖維體積率分別為0.05%,0.10%,0.15%時(shí)，混凝土滲透高度較素輕骨料混凝土分別降低了13.59%，6.33%，4.09%；單摻鋼纖維系列在鋼纖維體積率分別為1.0%，1.5%，2.0%時(shí)，混凝土滲透高度較素輕骨料混凝土分別降低了23.60%，12.16%，7.97%；混雜纖維對混凝土基體的改善尤其明顯，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)不難看出在輕骨料混凝土基體中摻入混雜纖維可以大幅度降低混凝土基體的滲透高度，其中混雜纖維系列中Ssp2組～Ssp6組比較明顯，Ssp2組～Ssp5組尤其明顯。滲透高度降低了23.60%～27.89%。而當(dāng)混雜纖維體積率進(jìn)一步提高時(shí)，混凝土滲透高度反而升高，說明繼續(xù)摻入混雜纖維反而降低了混凝土的抗水滲透性能。 鋼纖維屬于高彈性模量纖維，聚丙烯纖維屬于低彈性模量纖維，二者混雜可以在不同層次上相互補(bǔ)充、相互協(xié)調(diào)從而改善混凝土的綜合性能。正如上面所介紹的，聚丙烯纖維屬于低彈模纖維，可以有效抑制混凝土基體微裂縫的產(chǎn)生，從而可以減小混凝土內(nèi)部孔隙貫通的可能性，降低混凝土內(nèi)部孔隙率，大幅度降低了水等介質(zhì)在混凝土基體內(nèi)部的遷移和滲透的速度。鋼纖維屬于高彈模纖維，可以有效提高混凝土基體的彈性模量并且可以有效抑制混凝土基體塑性期裂縫的產(chǎn)生，進(jìn)而減少了基體內(nèi)部裂縫的占有率，裂縫占有率的減少促進(jìn)了基體內(nèi)部失水面積以及毛細(xì)張力的減少，使得水等介質(zhì)在混凝土基體內(nèi)部的遷移和滲透變得困難。綜上所述，鋼纖維和聚丙烯纖維對改善混凝土基體的抗?jié)B性能的作用機(jī)理的時(shí)期和性質(zhì)是不一樣的，所以兩者的作用是不能相互取代的，將鋼纖維和聚丙烯纖維按合適的體積率混雜摻入混凝土基體中才能最大限度的改善混凝土基體的抗水滲透性能。

3 結(jié)語

由試驗(yàn)結(jié)果不難看出在混凝土基體中摻入適量的纖維可以改善混凝土基體的抗?jié)B性能，具體的結(jié)論如下：

1)單摻聚丙烯纖維對混凝土基體抗?jié)B性影響較小，就本次16組試驗(yàn)中，當(dāng)聚丙烯纖維體積率為0.05%時(shí)，對混凝土基體抗?jié)B性能改善最好。

2)單摻鋼纖維改善混凝土基體的抗?jié)B性略優(yōu)于單摻聚丙烯纖維，就本次16組試驗(yàn)中，當(dāng)鋼纖維體積率為1.0%時(shí)，對混凝土基體抗?jié)B性能改善最好。

3)混雜纖維可以大幅度降低混凝土基體的滲透高度，其中混雜纖維系列中Ssp2組～Ssp5組尤其明顯，就本次16組試驗(yàn)中，當(dāng)鋼纖維體積率為1.0%、聚丙烯纖維體積率為0.15%時(shí)對混凝土基體抗?jié)B性能改善最好。

[1] 董喜平,李紅云,鄒春霞.混雜纖維輕骨料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].硅酸鹽通報(bào),2014,33(11):3026-3031.

[2] 劉勝兵,李 維,吳明麗,等.鋼—聚丙烯混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度研究[J].價(jià)值工程,2016,35(32):116-118.

[3] 王 丹,郭志昆,陳萬祥,等.混雜纖維輕骨料混凝土性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2014,44(14):21-23.

[4] 蔣思晨,白 冰,張鵬遠(yuǎn),等.CF-PF混雜纖維輕骨料混凝土抗凍性能試驗(yàn)[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào),2014,38(3):97-101.

[5] 林艷杰.天然符石輕骨料混凝土復(fù)合聚丙烯纖維后性能的改善[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.