C50聚丙烯腈纖維混凝土中纖維最佳摻量的探討和工程應用

謝振生?呂啟

摘 要：把聚丙烯腈纖維切斷成需要的長度，添加到混凝土中形成聚丙烯腈纖維混凝土，是近年使用越來越多的一種較好的纖維混凝土材料，本文通過在聚丙烯腈纖維混凝土配合比設計過程中，對不同纖維摻量的混凝土性能進行檢測分析，總結(jié)了纖維摻量對混凝土性能的影響，并通過工程實際使用效果進行驗證。

關鍵詞：聚丙烯腈纖維混凝土;纖維摻量;工程應用

聚丙烯腈纖維具有抗拉強度高、纖維直徑小、分散性較好、性能穩(wěn)定、耐堿性高和柔軟等特點，因此能較好地應用于纖維混凝土，在本次試驗中對本工程使用的天津騰云科技發(fā)展有限公司規(guī)格為12mm聚丙烯腈纖維進行了委托檢測，檢測結(jié)果如下表：

從檢測結(jié)果分析，聚丙烯腈纖維的上述特點明顯，抗拉強度相當于T600碳纖維，與鋼纖維相比具有抗拉強度較高，直徑細且柔軟的特點，因此聚丙烯腈纖維與鋼纖維相比較在混凝土中分散性較好，混凝土成型可塑性較好。

在混凝土中添加聚丙烯腈纖維形成纖維混凝土，能顯著減少混凝土的早期的裂縫，提高混凝土的抗?jié)B性和抗拉及抗壓強度，因此聚丙烯腈纖維混凝土可應用的工程范圍廣，尤其是在需要控制早期硬化干縮裂縫和提高抗拉強度和抗?jié)B性和抗凍性的混凝土工程。

本工程實例中，混凝土橋面鋪裝層設計采用厚度10cm的C50聚丙烯腈纖維混凝土，抗?jié)B等級W8，設計推薦纖維摻量為1KG/m?。

為了總結(jié)出聚丙烯腈纖維的最佳摻量，在同一基準配合比的基礎上按照不同的纖維摻量進行了試驗室配合比的配制和試拌，分別進行混凝土工作性、抗壓強度和抗?jié)B性能的檢測，試驗過程及結(jié)果如下：

1 原材料的選用及質(zhì)量情況

聚丙烯腈纖維：供應商為天津騰云科技發(fā)展有限公司，規(guī)格12mm，質(zhì)量指標見上表，質(zhì)量符合JT/T525-2019標準要求。水泥：采用天津山水水泥有限公司生產(chǎn)的P.O.42.5水泥，經(jīng)檢測質(zhì)量符合要求。粗集料：采用5-20mm連續(xù)級配石灰?guī)r碎石，經(jīng)檢測質(zhì)量符合要求。砂：采用天然河砂，細度模數(shù)2.7，Ⅱ區(qū)級配中砂，經(jīng)檢測質(zhì)量滿足Ⅰ類砂要求。粉煤灰：采用天津海得潤滋建材有限公司提供的混凝土用FⅡ級粉煤灰，經(jīng)檢測質(zhì)量符合標準要求。礦粉：采用唐山瑞豐鋼鐵有限公司生產(chǎn) S95級礦粉，經(jīng)檢測質(zhì)量符合標準要求。減水劑：采用方興化學建材有限公司生產(chǎn)的緩凝型高性能減水劑，經(jīng)檢測質(zhì)量符合標準要求。

2 試驗過程及檢測數(shù)據(jù)匯總

根據(jù)工程實際情況混凝土配合比的坍落度選定范圍為16-20cm，試配強度為58.2MPa。采用質(zhì)量法進行試配，把本工程已使用的C50配合比適當調(diào)整后作為基準配合比，在試驗室分別拌制基準配合比混凝土和分別摻加1.0、0.7、0.4kg/m?聚丙烯腈纖維的混凝土。對各組混凝土拌和物進行工作性檢測，成型試件分別進行7、28天抗壓強度和28天抗?jié)B試驗。為了保證試驗結(jié)果不受材料、環(huán)境及試驗操作的影響，全部的原材料取自同一批，一次備足，在試驗室內(nèi)連續(xù)完成各組混凝土的拌制、檢測和試件成型等工作，試件標準養(yǎng)護，試驗操作由相同的試驗人員完成，確保了一致性。經(jīng)試拌和檢測取得各不同摻配比例混凝土的技術指標匯總?cè)缦拢?/p>

不摻加纖維的基準配合比材料用量為（kg/m?）：水泥：水：砂：粗集料：礦粉：粉煤灰：外加劑=377：145：702：1099：48：48：11.11。

3 試驗結(jié)果分析

混凝土工作性，混凝土的流動性隨纖維摻量的增加而減小，當摻量為1kg/m?時，坍落度比基準混凝土小45mm，混凝土流動性明顯減小，粘滯性大，成型試件的表面出現(xiàn)較明顯的纖維外露。從混凝土拌合物狀態(tài)來看，摻量1kg/m?時有過摻的現(xiàn)象。

對抗壓強度進行分析，不同纖維摻量對抗壓強度的影響較明顯。在4個不同的摻量中，0.7kg/m?摻量的混凝土7天和28天強度值最高，摻量小于0.7kg/m?時，抗壓強度隨摻量的增加而提高，摻量為0和0.7kg對比，7天和28天強度分別提高了4.9%和5.2%，超過該摻量后，抗壓強度急劇下降，摻量為1.0和0.7kg對比，7天和28天強度分別下降了27.8%和24.1%，抗壓強度降低明顯。從抗壓強度方面分析纖維摻量0.7kg/m?的效果最好。

經(jīng)抗?jié)B檢測，各纖維摻量的混凝土抗?jié)B強度均達到P8要求。

通過以上對在室內(nèi)標準條件下混凝土拌合物性能檢測，抗壓強度和抗?jié)B性能等試驗結(jié)果分析，本次試驗的聚丙烯腈纖維最佳摻量為0.7kg/m?。

4 工程施工應用

在本工程中使用纖維摻量為0.7Kg/m?的混凝土配合比來進行橋面纖維混凝土的施工，混凝土拌和配料時纖維采用人工投料，與砂石水泥等干料一起投放入拌缸進行干拌，通過試驗干拌時間45秒以上，再加水濕拌纖維在混凝土中具有良好的均勻性，混凝土的狀態(tài)滿足要求。

現(xiàn)場混凝土施工工藝和流程：混凝土罐車運輸→泵送→人工初平→平板震實→滾軸式震動梁→人工收面和精平→拉毛→養(yǎng)生。

對施工的混凝土進行工作性檢測，進行混凝土抗壓強度和抗?jié)B性能試驗，分4批次進行了共8組7天強度檢測，平均值為53.6MPa，16組28天抗壓強度平均值為62.1MPa，最小值為56MPa，最大為66.8MPa，進行了2組抗?jié)B試驗，結(jié)果均≥P8。施工混凝土經(jīng)檢測強度、抗?jié)B性能指標符合要求。

5 結(jié)語

通過本次對不同纖維摻量的C50聚丙烯腈纖維混凝土進行試驗，同一基準配合比下，聚丙烯腈纖維混凝土中纖維的摻量有一個最佳值。在最佳摻量下，混凝土具有較好工作性，最高的抗壓強度和滿足要求的抗?jié)B性能，本次試驗中總結(jié)出的最佳摻量是0.7kg/m?。通過在橋面鋪裝的實際施工驗證，基本消除了橋面混凝土鋪裝易出現(xiàn)表面干縮等裂縫的問題。就本次C50混凝土的纖維摻量結(jié)論應該基本適用于其他強度等級的混凝土，當然這還需要進一步驗證。