聚丙烯纖維輕骨料混凝土抗壓強度試驗研究

楊力輝，梁向東，楊麗君

（聯勤保障部隊第四工程代建管理辦公室，沈陽 110005）

抗壓性能是聚丙烯纖維自燃煤矸石輕骨料混凝土最基本的力學性能指標，也是確定其他力學性能指標和參數的重要因素[1-2]。輕集料混凝土的抗壓強度很重要，強度等級也是按其立方體抗壓強度值來確定。為了掌握這種新型建筑材料的主要特征和力學性能，本文研究了聚丙烯纖維輕骨料混凝土的配合比設計，通過抗壓強度試驗得到重要的結論。

1 試驗原料

在確定每種影響因素變化范圍的前提下，本文采用均勻試驗設計安排試驗，采用的原材料主要有：水泥、砂子、聚丙烯纖維、外加劑、水和煤矸石。

水泥采用的是河北省唐山冀東水泥廠生產的盾石牌42.5 普通硅酸鹽水泥（P.0），主要技術性質指標如表1所示。

表1 水泥主要技術性質指標

砂子采用的是阜新市他本鎮他本河中砂，細度模數為2.98，堆積密度為1 550 kg/m3，級配合格。聚丙烯纖維采用的是江蘇省射陽縣強力纖維有限公司生產的產品，其技術參數如表2所示。

外加劑采用的是上海花王化學有限公司生產的“邁地”早強高效純萘系減水劑，摻量為水泥用量的0.3%～1.0%，減水率為15%～35%，在保持水泥用量和水灰比不變的情況下，可提高塌落度15 ～20 cm。試驗采用的是自來水，符合規范對水質的要求，即《混凝土拌合用水標準》（JGJ63-1989）規定。煤矸石是在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低，并具有一定強度的巖石，主要化學成分如表3所示,主要物理指標如表4所示。

表2 聚丙烯纖維的技術參數

表3 阜新高德礦自燃煤矸石主要化學成分

表4 阜新高德礦自燃煤矸石主要物理指標

2 影響因素的變化范圍的確定

本研究采用均勻設計安排試驗[3]。選定5 個影響因素（水泥、水、砂率、Y 型聚丙烯纖維含量、減水劑），安排10 組試驗，試驗選用的均勻設計表的使用表是S=5，均勻度偏差D=0.241 4。試驗選用水泥范圍是490 ～535 kg/m3，用水范圍是165 ～210 kg/m3，砂率是36%～45%。通過以往的經驗數據，混凝土中摻入0.9 kg/m3的聚丙烯纖維最佳。所以，在保證纖維總量不變的情況下，取Y 型和圓型聚丙烯纖維總含量的范圍是0.0 ～0.9 kg/m3（試圖通過摻不同摻量不同截面纖維，達到增強、增韌的目的）。減水劑摻量范圍是1.0 ～2.0 kg/m3。實驗室試驗配合比如表5所示，抗壓強度結果如表6所示。

本試驗研究中，所摻的聚丙烯纖維屬于低摻率的，所以對混凝土的抗壓強度的極限荷載影響不是很大，摻加聚丙烯纖維只是提高了試件破壞時的變形和試件開裂后的承載性能[4]。試驗發現，由于聚丙烯纖維的加入，在壓縮破壞時，混凝土的延性得到增強。混凝土并不出現崩碎和突然的強度降低，而是在達到峰值后強度逐漸降低，表現出一定的破壞過程，出現破壞征兆，混凝土表現出延性破壞的性質。加入纖維的立方體試件從加載開始直至試件破壞仍保持整體性，而素混凝土試件則被壓成碎塊。纖維減少了混凝土中原生裂縫的發展，并且限制了混凝土中裂縫的發展延伸，所以纖維混凝土的開裂荷載較素混凝土要大[5-6]。

3 結論

通過混凝土抗壓強度的數據分析，本文得出第8組抗壓強度數據最大。也就是說，只考慮到混凝土的抗壓強度，混凝土的配合比為：水泥:煤矸石:砂子:水:Y 型聚丙烯纖維:圓型聚丙烯纖維:外加劑:附加水＝525:748:766:170:0.6:0.3:1.556:64，這時可配制出28 天抗壓強度50.26 MPa 的聚丙烯纖維自燃煤矸石輕骨料混凝土。

表5 實驗室試驗配合比

表6 抗壓強度結果