砂石用量對玄武巖纖維混凝土力學性能的影響

魏重陽

（北京玄澤新材料科技有限公司，北京 100022）

0 引言

纖維混凝土是將短而細的分散性纖維均勻地分布在混凝土中而形成的一種新型混凝土，摻入纖維可有效抑制混凝土的早期開裂，改善混凝土的脆性，提高混凝土的抗拉、抗彎折、抗沖擊性能；當混凝土出現微細裂縫后，纖維在裂縫間通過橋接作用，為混凝土提供延展性，見圖1。據統計，全國約有2/3的纖維混凝土用于道路工程，另外1/3 的則應用于噴射混凝土、預制構件及其他特殊構件中[1]。

圖1 纖維混凝土橋接作用示意

玄武巖纖維（basalt fiber）是一種以天然玄武巖拉制的連續纖維[2]，其生產過程中無其他物質介入，是一種新型環保的無機高性能纖維。玄武巖纖維不僅強度高，還具有電絕緣、耐高溫、耐腐蝕等多種優異性能，將其摻入到混凝土中，能有效地增強其力學性能[3]，但在實際應用中，僅調整玄武巖纖維的用量無法起到很好的效果，因此，為進一步探究玄武巖纖維對混凝土力學性能的影響規律[4]，本文以摻加玄武巖纖維后骨料的總量、砂率和石子中細石所占的比例作為調整的參數，對混凝土配合比進行正交試驗，通過檢測試塊抗壓強度，選出最優配合比，為玄武巖纖維混凝土中砂石用量的調整提供一定的理論依據。

1 試驗研究

1.1 混凝土原材料與配合比

本試驗采用P·O42.5水泥、F類Ⅱ級粉煤灰、細度模數為2.6的Ⅱ區中砂、粒徑為5～10mm的連續級配細石、粒徑為5～20mm的連續級配碎石、聚羧酸高性能減水劑、普通自來水。基準混凝土配合比如表1所示。

表1 玄武巖纖維混凝土基準配合比（單位：kg）

1.2 試驗影響因素選擇

為探究骨料總量、砂率和石子中細石所占的比例對混凝土性能造成的影響，從而初步獲得摻入玄武巖纖維后骨料體系的調整趨勢而設計正交試驗，驗證骨料中各因素對混凝土性能的影響水平，見表2。

1.3 混凝土配合比計算

按照表2中的參數設計的配合比見表3。

表2 因素-水平表

表3 混凝土配合比（單位：kg）

1.4 試驗方法

玄武巖纖維混凝土抗壓強度試件尺寸為100mm×100mm×100mm，試驗按《混凝土物理力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2019）[5]進行。攪拌時使用強制式攪拌機，投料順序為砂、石子、水泥、粉煤灰，干料先攪拌30s，攪拌均勻后再加入玄武巖纖維，再攪拌30s，最后加入水和外加劑攪拌2min；試件成型后至拆模前置于溫度為20±5℃、相對濕度大于50%的室內，試件拆模后即轉入標養室進行標準養護。

2 試驗結果與分析

各配合比試塊成型時，均留置5 組試塊，分別檢測1d、3d、7d、14d、28d 的抗壓強度，主要分析28d 抗壓強度，混凝土抗壓強度見表4。28d 抗壓強度極差和方差分析見表5、表6。

表4 混凝土立方體抗壓強度值

表5 28d抗壓強度極差分析

表6 28d強度方差分析

從表5 可以看出，“總容重”導致的極差最大，為2.8MPa；其次是“細石∶碎石”，為2.3MPa；最小極差為“砂率”引起的，僅0.7MPa。從表6 可以看出，“總容重”的F值也是最大，且超過了其他兩項之和，但是三個因素的F 值均未超過F0.2（2,2），因此無法明確判斷各因素的顯著性，僅能判斷“容重”和“細石∶碎石”在三項因素中屬于較顯著的因素。

3 結束語

本文研究了不同設計容重、砂率以及細石在石子中的比例對玄武巖纖維混凝土強度的影響，并進行主次因素的排序，找到最優配合比及調整思路，結論如下：

（1）玄武巖纖維混凝土抗壓強度按影響效果的顯著程度大小排序為：設計容重＞細石∶碎石＞砂率；其中設計容重在其中的效果最為明顯，且F值高于其他兩者之和。

（2）經過驗證，各組配比的實際容重均為2370kg/m3左右，與設計容重2400kg/m3有1.25%的誤差，雖然位于2%的誤差范圍內，但由于玄武巖纖維的摻入，使得混凝土的工作性和強度都更敏感，因此，保持合理的容重也是保證玄武巖纖維混凝土抗壓強度的關鍵因素。

（3）當水泥用量、用水量、粉煤灰用量以及外加劑用量固定為表1中的值時，綜合判斷最佳設計方案為容重2380kg/m3，砂率43%，細石∶碎石=50∶50；但是混凝土作為多相多組分的材料，屬于比較復雜的體系，且不具備重復試驗的條件，因此，正交試驗僅可篩選主次要影響因素，全面試驗才可以找出最佳的混凝土配合比。