短切玄武巖纖維摻量對泵送混凝土的影響研究

摘要： 短切玄武巖纖維作為一種新型無機纖維材料，具有抗拉強度高、抗裂性能好、性價比高等優(yōu)點。通過試驗研究，分析了短切玄武巖纖維摻量對高性能泵送混凝土抗壓強度、極限拉伸值的影響。并根據(jù)試驗結(jié)果確定了短切玄武巖纖維的最佳摻量，用其進行短切玄武巖纖維泵送混凝土配比設(shè)計可提高混凝土強度和極限拉伸值。

關(guān)鍵詞： 短切玄武巖纖維; 摻量優(yōu)選; 混凝土; 力學(xué)性能

中圖法分類號：TU528 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.S1.016

文章編號：1006 - 0081（2022）S1 - 0053 - 03

0 引 言

短切玄武巖纖維長度小于60 mm，是以玄武巖纖維為母體，經(jīng)特制機械設(shè)備短切而成，可改善混凝土性能并均勻分散在水泥混凝土中。短切玄武巖纖維通常有原絲束（S）和合股紗（T）兩種。根據(jù)在混凝土和砂漿中的用途，短切玄武巖纖維分為抗裂防裂纖維（BF）、增韌增強纖維（BZ）和砂漿抗裂防裂纖維（BFS）。在混凝土和砂漿拌制過程中，將短切玄武巖纖維以連續(xù)或者不連續(xù)的方式添加到混凝土砂漿中，摻量達到最佳時可提高混凝土的抗壓強度、彎拉強度、劈拉強度、抗沖擊性能、拉伸強度等力學(xué)性能指標，混凝土耐久性也可得到大幅提高[1-3]。本文采用短切玄武巖纖維中的增韌增強纖維（BZ）開展試驗，探究短切玄武巖纖維摻量對泵送混凝土的影響。

1 試驗材料

混凝土是以膠凝材料與骨料顆粒或碎片和水按適當?shù)谋壤M行拌和，經(jīng)一定時間硬化而成的人工材料。而纖維混凝土則是在混凝土中摻入一定比例的纖維增強材料，通過拌和硬化而成。集料的粒徑、膠凝材料的摻量，纖維的種類、形狀、長度、摻量等均會影響混凝土的性能。

1.1 原材料

1.1.1 水泥

采用扶綏新寧海螺水泥有限責任公司生產(chǎn)的“海螺”牌P.MH42.5中熱硅酸鹽水泥。原材料的檢測按照GB 200-2003《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》、GB/T 1346—2011《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》和GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》執(zhí)行，其性能指標見表1。

1.1.2 粉煤灰

C50泵送混凝土試驗用粉煤灰為廣西來賓電廠Ⅰ級煤粉灰， 其技術(shù)指標見表2。

1.1.3 骨料

細、粗骨料均采用橫州市百合鎮(zhèn)獅子山鎮(zhèn)砂石生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的粒徑≤5.0 mm的機制砂， 5～20 mm、20～40 mm粒徑碎石。檢測按DL/T 5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》進行，骨料品質(zhì)指標見表3～4。

1.1.4 減水劑

采用江蘇“蘇博特”聚羧酸高性能減水劑（緩凝型），并進行了摻外加劑混凝土性能指標試驗，試驗依據(jù)DL/T 5100-1999《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》有關(guān)要求進行，水泥用“海螺”牌PO42.5普通硅酸鹽水泥，摻量1%進行檢測，其性能指標見表5。

1.1.5 短切玄武巖纖維

在混凝土中摻入一定量的微纖維具有防止或減少混凝土裂縫、改善混凝土長期工作性能、提高變形能力和耐久性等優(yōu)點。本次試驗采用謙宜短切玄武巖增韌增強纖維（BZ），試驗依據(jù)GB/T 23265-2009《水泥混凝土和砂漿用短切玄武巖纖維》的有關(guān)要求進行，其性能指標見表6。

2 配合比設(shè)計

滿足混凝土的工作性能、強度、耐久性等是混凝土配合比設(shè)計的核心工作，在滿足技術(shù)要求的前提下，需要科學(xué)、經(jīng)濟地確定水泥、粉煤灰、骨料、水、外加劑等組分的用量比例關(guān)系。多次試驗和施工所積累的豐富經(jīng)驗是配合比設(shè)計的支撐，是配合比優(yōu)化成功與否的關(guān)鍵所在。

2.1 粗骨料組合

粗骨料級配采用二級配（粒徑5～20 mm、20～40 mm），試驗按照50∶50，40∶60，55∶45三種比例進行試配，測定其緊密密度。選擇緊密密度較大、空隙偏小的骨料級配進行混凝土拌和試驗，選擇滿足施工運輸、技術(shù)要求，有良好和易性的粗骨料組合比例。

2.2 砂 率

本次試驗C50泵送混凝土采用固定水灰比和用水量，對3種砂率進行試拌試驗，最終以混凝土拌和物和易性好（坍落度較大）、棍度適中、混凝土拌和物密度較大時的砂率為最優(yōu)砂率。

2.3 用水量與坍落度關(guān)系試驗

C50泵送混凝土坍落度與用水量關(guān)系試驗，根據(jù)施工工藝要求，擬定拌制3級坍落度（140～160 mm、160～180 mm、180～220 mm）時的用水量。通過坍落度與用水量關(guān)系曲線，確定設(shè)計坍落度對應(yīng)的用水量。

2.4 水膠比與抗壓強度關(guān)系試驗

根據(jù)2.1，2.2，2.3節(jié)得到的單位用水量以及砂率試驗結(jié)果，本文混凝土配合比按DL/T 5330-2015《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》中泵送混凝土設(shè)計方法設(shè)計，抗壓強度試驗混凝土基體等級取C50，Ⅰ級粉煤灰摻量20%，減水劑摻量1%。力學(xué)性能試驗分別采用摻與不摻短切玄武巖纖維成型試件，配合比見表7。

3 力學(xué)性能試驗

摻玄武巖纖維混凝土性能試驗在溫度為20 ℃±5 ℃的室內(nèi)進行。將拌和混凝土所需原材料提前運至室內(nèi)，存放時間不小于24 h;試驗時，拌和間試配的原材料溫度需與施工現(xiàn)場所用的混凝土出機口溫度保持一致。室內(nèi)試配采用強制式混凝土攪拌機，拌和量控制在10～45 L之間，攪拌均勻，材料投入及攪拌方式采用：砂石、水泥粉料、水和外加劑攪拌60～90 s，再加纖維后攪拌30 s、出料后在鐵板上用人工翻拌2～3次再進行試驗。不摻短切玄武巖纖維與摻短切玄武巖纖維試驗結(jié)果見表8。

硬化后的混凝土內(nèi)部由于收縮變形產(chǎn)生許多微裂縫，這些微裂縫會導(dǎo)致混凝土的初始缺陷。玄武巖纖維的摻入，在一定程度上減少了收縮變形，但纖維本身的存在使得混凝土內(nèi)部產(chǎn)生更多的細裂縫[3]。

圖1為纖維摻量與混凝土28 d抗壓強度關(guān)系曲線，圖2為纖維摻量與混凝土極限拉伸值關(guān)系曲線。從圖1～2中可知：當玄武巖纖維摻量從0增加到0.2%時，混凝土的28 d抗壓強度逐漸增大;當纖維摻量由0.2%增加到0.4%時，抗壓強度逐漸減小，纖維摻量在0.2%時，抗壓強度最大，與未摻纖維混凝土相比，強度提高了11.1%。對于混凝土極限拉伸值而言，纖維的加入使極限拉伸值得到了大幅提高，當玄武巖纖維摻量從0增加到0.2%時，混凝土的28 d極限拉伸值均有不同程度的增大;當纖維摻量由0.2%增加到0.4%時，極限拉伸值出現(xiàn)了不同程度的減小，摻量越大，下降越多。可見，纖維混凝土摻量在0.2%時極限拉伸值最大，與未摻纖維混凝土相比，極限拉伸值提高了35.2%。

關(guān)于纖維摻量對混凝土抗壓強度、極限拉伸值的力學(xué)性能試驗結(jié)果的原因分析：短切玄武巖纖維猶如混凝土中雜亂分布的微細鋼筋，混凝土中分布的纖維將亂向分布的網(wǎng)狀系統(tǒng)粘連在一起，抗壓強度、極限拉伸值得到較大的增強;骨料和水泥漿之間由纖維來牽線搭橋，骨料、纖維、水泥漿共同受力，從而提高了混凝土的密實性、整體性、抗沖擊性。但是，纖維摻量超過某一定數(shù)值后，混凝土拌和物中粗、細骨料將被纖維層層纏繞，混凝土的空隙率會有一定的增大，密實度降低、坍落度會明顯減小，同時混凝土的抗壓強度、極限拉伸值與纖維摻量最佳時相比，也會有不同程度的降低。

4 結(jié) 語

本次纖維摻量對混凝土性能影響試驗結(jié)果表明：在C50泵送混凝土中摻短切玄武巖纖維，摻量在0.2%（5.24 kg）時，混凝土抗壓強度最高、極限拉伸值最大、工作性能好、可泵性高，具有一定的經(jīng)濟性，施工質(zhì)量有保證。

參考文獻：

[1] 廉杰，楊勇新，楊萌，等.短切玄武巖纖維增強混凝土力學(xué)性能的試驗研究[J].工業(yè)建筑，2007（6）：8-10.

[2] 張野.短切玄武巖纖維混凝土基本力學(xué)性能研究 [D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2011.

[3] 王文龍.玄武巖纖維混凝土的抗彎沖擊性能研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（12）：72.

（編輯：江 文）