混雜纖維高強混凝土性能研究

陳 苗，劉雪婷，張春梅

(沈陽城市建設(shè)學(xué)院 土木工程系 沈陽市 110167)

纖維作為常用的一種混凝土復(fù)合材料，可以明顯提高混凝土的力學(xué)性能和抗裂性，隨著高分子行業(yè)的發(fā)展，很多高分子纖維也被應(yīng)用到混凝土中。利用正交試驗，研究玄武巖纖維與聚丙烯腈兩種纖維混雜的高強混凝土的基本力學(xué)性能。

1 試驗原材料及試驗方案

1.1 原材料

冀東水泥P.O42.5；粉煤灰為沈陽永杰Ⅱ級粉煤灰；砂為Ⅱ區(qū)河砂，細度模數(shù)為2.64；石子為5～20mm的碎石；玄武巖纖維，密度2.65g/cm3，長度為6mm，直徑13μm；聚丙烯腈纖維，密度1.18g/cm3，長度為12mm，直徑為27μm；外加劑為聚羧酸減水劑，減水率30%。

1.2 試驗方法

本試驗以C60高強混凝土為基準(zhǔn)混凝土，配合比為水泥∶砂∶碎石∶水∶減水劑=550∶682∶994∶175∶5.2。利用正交試驗研究玄武巖纖維(體積率0%、0.1%、0.2%)、聚丙烯腈纖維(體積率0%、0.1%、0.2%)和粉煤灰(等量取代水泥質(zhì)量百分率10%、20%、30%)對高強混凝土的性能影響[1]。測試混雜纖維高強混凝土的坍落度、28d抗壓強度(試件尺寸100mm×100mm×100mm)、28d劈裂抗拉強度(試件尺寸100mm×100mm×100mm)，分析三種因素對高強混凝土性能的影響，因素水平表見表1。

表1 因素水平表

2 試驗結(jié)果與分析

混雜纖維對高強混凝土基本性能影響的正交試驗結(jié)果見表2。

表2 正交試驗結(jié)果

2.1 混雜纖維對高強混凝土坍落度的影響

根據(jù)坍落度試驗結(jié)果進行正交分析，見表3。

表3 坍落度極差分析

由表2和表3可知，玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維的摻入均降低混凝土的坍落度。玄武巖纖維直徑13μm，聚丙烯腈纖維直徑27μm，纖維的加入明顯增加原材料的比表面積，因此需要更多的水泥漿進行包裹，增加流動性的水泥漿量減少，坍落度降低[2]。并且纖維的形狀特點也使混凝土拌和物流動性降低，尤其是12mm長的聚丙烯腈纖維，對流動性降低更為明顯。單摻粉煤灰，纖維摻量為0%時，混凝土坍落度有一定的增加，但是粉煤灰取代水泥，由10%增加到30%，對混雜纖維混凝土的坍落度影響不大。

由方差分析與極差分析可以得出，玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維對混凝土坍落度影響比較顯著。三種因素對混雜纖維高強混凝土的影響由大到小為：聚丙烯腈纖維(12mm)>玄武巖纖維(6mm)>粉煤灰。

2.2 混雜纖維對高強混凝土抗壓強度的影響

根據(jù)抗壓強度試驗結(jié)果進行正交分析，見表4。

表4 抗壓強度極差分析

由表2和表4可知，與基準(zhǔn)混凝土相比，摻入纖維的高強混凝土抗壓強度均高于基準(zhǔn)混凝土。隨著玄武巖纖維與聚丙烯腈纖維摻入量的增加，C60高強混凝土的抗壓強度均明顯提高。纖維的加入，提高了混凝土組成材料總的比表面積，減少了泌水，同時降低了混凝土過渡區(qū)的水膠比，可以明顯改善混凝土過渡區(qū)結(jié)構(gòu)，提高混凝土抗壓強度。粉煤灰取代水泥，取代率由10%增加到30%，混凝土抗壓強度變化不大。當(dāng)玄武巖纖維與聚丙烯腈纖維摻量各為0.2%時，由于纖維總摻量較多，混凝土坍落度相對較小，不利于混凝土密實成型，但混凝土的強度提高較大，與基準(zhǔn)混凝土相比，抗壓強度提高18.6%。

由方差分析與極差分析可以得出，玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維對混凝土28d抗壓強度影響比較顯著。三種因素對混雜纖維高強混凝土的影響由大到小為：聚丙烯腈纖維(12mm)>玄武巖纖維(6mm)>粉煤灰。

2.3 混雜纖維對高強混凝土劈裂抗拉強度的影響

根據(jù)劈裂抗拉強度試驗結(jié)果進行正交分析，見表5。

表5 劈裂抗拉強度極差分析

由表2和表5可知，與基準(zhǔn)混凝土相比，玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維的摻入均明顯提高高強混凝土的劈裂抗拉強度。隨著玄武巖纖維與聚丙烯腈纖維摻入量的增加，高強混凝土的劈裂抗拉強度均顯著提高。這是因為纖維在混凝土中與膠凝材料粘結(jié)在一起，當(dāng)膠凝材料收縮時，纖維利用摩擦阻力與水泥的粘結(jié)力，可以有效地減少膠凝材料的收縮變形[3]。因而減少混凝土內(nèi)部由于收縮產(chǎn)生的微裂紋，減少混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，所以混凝土劈裂抗拉強度顯著提高[4]。聚丙烯腈纖維對高強混凝土劈裂抗拉強度的提高效果高于玄武巖纖維。粉煤灰取代水泥，隨著取代量的增加，混凝土劈裂抗拉強度略有降低，但變化不大。當(dāng)玄武巖纖維與聚丙烯腈纖維摻量各為0.2%時，混凝土的劈裂抗拉強度達到最大值7.9MPa，與基準(zhǔn)混凝土相比，提高64.6%。

由方差分析與極差分析可以得出，玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維對高強混凝土28d劈裂抗拉強度影響比較顯著。三種因素對混雜纖維高強混凝土的影響由大到小為：聚丙烯腈纖維(12mm)>玄武巖纖維(6mm)>粉煤灰。

3 結(jié)論

(1)混雜纖維對高強混凝土的流動性降低比較明顯，長度為12mm的聚丙烯腈纖維對流動性影響最為顯著，與纖維的影響相比，粉煤灰對纖維高強混凝土流動性影響很小。

(2)纖維的摻入可以明顯提高混凝土28d抗壓強度和劈裂抗拉強度，當(dāng)玄武巖纖維與聚丙烯腈纖維摻量均各0.2%時，混凝土的抗壓強度與劈裂抗拉強度與基準(zhǔn)混凝土相比，提高18.6%和64.6%。

(3)玄武巖纖維、聚丙烯腈纖維對混雜纖維高強混凝土的坍落度、抗壓強度與劈裂抗拉強度影響均比較明顯，影響由大到小為：聚丙烯腈纖維>玄武巖纖維>粉煤灰。