聚丙烯纖維對磷石膏水工混凝土性能的影響

王廣宇

(朝陽天浩水利建筑有限公司，遼寧 朝陽 122000)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

此次試驗(yàn)使用的磷石膏來自遼寧省朝陽縣翼騰磷石膏加工廠，其樣品為灰白色，含水率為15.22%，pH值為0.39，其主要成分為二水硫酸鈣，同時含有少量的五氧化二磷等其他雜質(zhì)。

水泥為混凝土制作領(lǐng)域使用的水硬性膠凝材料，此次試驗(yàn)采用的是朝陽市宏達(dá)水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其細(xì)度模數(shù)為1.8%，比表面積為341 m2/kg，燒失量為2.48%，初凝和終凝時間分別為212 min和255 min，28 d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別為50.6 MPa和8.2 MPa；粉煤灰是水工混凝土制作過程中常用的礦物摻合料，對改善混凝土性能具有重要作用，此次研究使用的粉煤灰來自混凝土攪拌站，其細(xì)度模數(shù)為2.7%，比表面積為242 m2/kg，需水量為102.0%，燒失量為6.90%。

試驗(yàn)用礦渣粉為河南鉑潤鑄造材料有限公司生產(chǎn)，其含水量為0.54%，燒失量為2.88%，需水量為95.3%。

試驗(yàn)用集料為天然河砂和人工石灰?guī)r碎石，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范和試驗(yàn)要求；試驗(yàn)用緩凝劑為CQ-SHJ09動植物蛋白類石膏緩凝劑；試驗(yàn)用減水劑為聚羧酸減水劑；試驗(yàn)用發(fā)泡劑為過氧化氫溶液，穩(wěn)泡劑為自制松香溶液。

試驗(yàn)用纖維為南通新帝克科技股份有限公司生產(chǎn)的聚丙烯單絲纖維，其長度為8～22 mm。

1.2 試驗(yàn)方案

此次研究的主要目的是探索聚丙烯纖維對磷石膏泡沫混凝土性能的影響。由于該領(lǐng)域的研究不多，特別是沒有關(guān)于聚丙烯纖維摻量對磷石膏泡沫混凝土的影響研究[1]。因此，在試驗(yàn)研究方案設(shè)計中結(jié)合普通聚丙烯纖維混凝土的相關(guān)研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)，確定0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%等7種不同的纖維摻量水平。由于隔熱性能是泡沫混凝土的重要優(yōu)勢，而抗壓和抗折性能直接影響其工程適用性和耐久性[2]。因此，試驗(yàn)中對不同聚丙烯纖維摻量水平的磷石膏泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，獲得聚丙烯纖維對磷石膏泡沫混凝土性能的影響及規(guī)律。

1.3 試驗(yàn)方法

在磷石膏泡沫混凝土試件的制作過程中，首先將磷石膏、水泥和聚丙烯纖維放入攪拌機(jī)干混均勻，然后加入水，在低速狀態(tài)下攪拌30 s，再倒入過氧化氫溶液高速攪拌10 s，最后將制作好的混凝土材料放入模具中靜置發(fā)泡；在靜置24 h后將試件拆模編號，并在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)規(guī)定齡期進(jìn)行試驗(yàn)[3]。試驗(yàn)中磷石膏泡沫混凝土試件的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度使用ETC-2000型微機(jī)伺服萬能試驗(yàn)機(jī)測試，導(dǎo)熱系數(shù)利用DRXS3030型導(dǎo)熱系數(shù)測定儀進(jìn)行測試[4]。在試驗(yàn)過程中，每種試驗(yàn)方案測試三個試件，以其均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)中對不同聚丙烯纖維摻量方案試件的7 d和28 d齡期抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行測定，結(jié)果如表1所示。根據(jù)表1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出磷石膏泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度隨聚丙烯纖維摻量的變化曲線，結(jié)果如圖1所示。由表1和圖1可以看出，摻加聚丙烯纖維方案的磷石膏泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度值均大于沒有摻加聚丙烯纖維的方案1。具體來看，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，磷石膏混凝土的抗壓強(qiáng)度值呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，當(dāng)聚丙烯纖維摻量為1.5%時的抗壓強(qiáng)度值最大，其28 d齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到了4.48 MPa，與沒有摻加聚丙烯纖維方案28 d齡期的抗壓強(qiáng)度2.66 MPa相比增長了68.42%。究其原因，主要是磷石膏泡沫混凝土內(nèi)部存在較多的氣囊孔隙，氣囊結(jié)構(gòu)的存在可以使磷石膏泡沫混凝土具有良好的保溫性能，但是也會影響到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性以及各種材料的黏結(jié)性能，因此抗壓強(qiáng)度值較低；在其中摻入聚丙烯纖維之后，可以有效改善其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性，特別是氣泡之間薄弱之處的黏結(jié)性能，因此可以大幅提升其抗壓強(qiáng)度。但是，過量摻入聚丙烯纖維的情況下，難免會造成其在混凝土內(nèi)部的聚團(tuán)現(xiàn)象，因此不利于抗壓強(qiáng)度的進(jìn)一步提升。由此可見，在磷石膏泡沫混凝土中摻加一定量的聚丙烯纖維可以有效提升磷石膏泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度，且纖維摻量為1.5%時對抗壓強(qiáng)度的提升效果最為顯著，具有十分重要的工程意義和價值。

表1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖1 抗壓強(qiáng)度變化曲線

2.2 抗折強(qiáng)度

試驗(yàn)中對不同聚丙烯纖維摻量方案試件的7 d和28 d齡期抗折強(qiáng)度值進(jìn)行測定，結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出磷石膏泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度隨聚丙烯纖維摻量的變化曲線，結(jié)果如圖2所示。由表2和圖2可以看出，抗折強(qiáng)度的變化規(guī)律和抗壓強(qiáng)度類似。首先，所有摻加聚丙烯纖維方案的磷石膏泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度值均顯著偏大。其次，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，磷石膏泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度值呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，當(dāng)聚丙烯纖維摻量為1.5%時的抗折強(qiáng)度值最大，其28 d齡期抗折強(qiáng)度達(dá)到了0.99 MPa，與沒有摻加聚丙烯纖維方案28 d齡期的抗折強(qiáng)度0.59 MPa相比，增長了67.80%。由此可見，在磷石膏泡沫混凝土中摻加一定量的聚丙烯纖維可以有效提升磷石膏泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度，且纖維摻量為1.5%時對抗折強(qiáng)度的提升效果最為顯著，其原因和抗壓強(qiáng)度類似，這里不再敷述。

表2 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 抗折強(qiáng)度變化曲線

2.3 導(dǎo)熱系數(shù)

試驗(yàn)中對不同聚丙烯纖維摻量方案試件28 d齡期的導(dǎo)熱系數(shù)值進(jìn)行測定，根據(jù)測定結(jié)果繪制出如圖3所示的導(dǎo)熱系數(shù)隨聚丙烯纖維摻量的變化曲線。

圖3 導(dǎo)熱系數(shù)變化曲線

由圖3可以看出，隨著纖維摻量的增大，磷石膏泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)雖然存在一定的波動變化，但是變化的幅度極為有限，同時沒有明顯的規(guī)律性特點(diǎn)。因此，可以認(rèn)為上述變化是試驗(yàn)中的其他因素或誤差導(dǎo)致。由此可見，在磷石膏泡沫混凝土中摻加聚丙烯纖維，不會對磷石膏泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)也就是其保溫性能產(chǎn)生明顯影響。

3 結(jié) 論

(1)聚丙烯纖維的摻入會顯著提升磷石膏泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，且摻加比例為1.5%時的效果最佳。

(2)聚丙烯纖維的摻入并不會影響磷石膏泡沫混凝土的保溫性能。

(3)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建議在磷石膏泡沫混凝土制作過程中摻入1.5%的聚丙烯纖維，可以在不影響其保溫性的同時提高工程的安全性和耐久性。