董健苗，聶浩，燕元晶，王亞東，杜亞聰

（廣西科技大學(xué)，廣西 柳州 545006）

劍麻纖維增強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土力學(xué)性能的研究

董健苗，聶浩，燕元晶，王亞東，杜亞聰

（廣西科技大學(xué)，廣西 柳州 545006）

在C40自密實(shí)輕骨料混凝土中摻加劍麻纖維，用于提高自密實(shí)輕骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度及抗裂性。研究了劍麻纖維的長度及摻量對自密實(shí)輕骨料混凝土抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，劍麻纖維對提高自密實(shí)輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不大，甚至降低7 d抗壓強(qiáng)度，但對劈裂抗拉強(qiáng)度有大幅提高作用。劍麻纖維長度為10 mm、摻量為3 kg/m3時，自密實(shí)輕骨料混凝土的28 d劈裂抗拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土提高54.2%。

自密實(shí)輕骨料混凝土；劍麻纖維；長度；摻量；力學(xué)性能

0 引言

自密實(shí)輕骨料混凝（SCLC）是在普通自密實(shí)混凝土技術(shù)基礎(chǔ)上，用輕骨料代替普通骨料配制的一種表觀密度小于1950 kg/m3的新型高性能混凝土[1-2]。自密實(shí)輕骨料混凝土解決了普通混凝土的自重大和施工時需要振搗等問題，但并沒有解決混凝土韌性和抗裂性差等缺點(diǎn)[3]。目前，國內(nèi)外主要選用鋼纖維和合成纖維（聚丙烯、尼龍等）增強(qiáng)混凝土，選用植物纖維增強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土相關(guān)研究較少。劍麻纖維的微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連續(xù)長度長，具有較小的密度、較高的拉伸強(qiáng)度及較好的物理特性和加工工藝性，且來源廣、價格低、可再生，是代替合成纖維的理想材料之一[4]。本文參考GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》和JGJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，研究不同摻量和長度的劍麻纖維對自密實(shí)輕骨料混凝土抗壓和劈裂抗拉強(qiáng)度的影響。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：廣西魚峰集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的魚峰牌P·O42.5水泥；陶粒：湖北宜昌寶珠陶粒有限公司生產(chǎn)的700級頁巖圓球型陶粒，主要性能指標(biāo)見表1；砂：柳江河砂，中砂；粉煤灰：來賓電廠產(chǎn)的Ⅰ級灰，密度2．24 g/cm3，比表面積423 m2/kg，主要化學(xué)成分見表2；聚羧酸高效減水劑：蘇州弗克技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)，粉劑，減水率為30%；劍麻纖維：廣西劍麻集團(tuán)生產(chǎn)，密度1.5 g/cm3，直徑304 μm，主要技術(shù)指標(biāo)見表3。

表1 陶粒的主要性能指標(biāo)

表2 粉煤灰的主要化學(xué)成分 %

表3 劍麻纖維的主要性能指標(biāo)

1.2 自密實(shí)輕骨料混凝土配合比

本試驗參考JGJ/T 283—2012中的絕對體積法配制強(qiáng)度等級為C40的自密實(shí)輕骨料混凝土，并通過試驗確定了各種材料的用量。將在干燥通風(fēng)環(huán)境下自然干燥的劍麻纖維用剪刀裁剪成長度分別為5、10和15 mm，按0、1、2、3、4 kg/m3的摻量摻入自密實(shí)輕骨料混凝土中，并考慮到劍麻纖維的吸水率，拌合混凝土的用水量增加了劍麻纖維的吸水量。具體試驗配合比見表4。

表4 劍麻纖維增強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土的配合比

1.3 試樣制備

首先將陶粒倒入攪拌鍋中，加1/3的水，攪拌30 s，使陶粒充分潤濕；然后將砂、粉煤灰、水泥、粉狀的減水劑依次倒入攪拌鍋中攪拌30 s，使其攪拌均勻；將劍麻纖維慢慢加入攪拌鍋中，攪拌30 s使其均勻分布在混凝土中；最后將剩余的水均勻加入攪拌鍋中，攪拌180 s。按照GB/T 50081—2002進(jìn)行成型、養(yǎng)護(hù)。試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。

2 試驗結(jié)果及分析

根據(jù)表4的配合比制備13組試塊，測試劍麻纖維長度及摻量對自密實(shí)輕骨料混凝土擴(kuò)展度、T500、表觀密度、抗壓及劈裂抗拉強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表5。

表5 劍麻纖維對自密實(shí)輕骨料混凝土性能的影響

2.1 劍麻纖維對自密實(shí)輕骨料混凝土工作性能的影響

從表5可以看出：隨著劍麻纖維長度和摻量的增加，自密實(shí)輕骨料混凝土漿體的擴(kuò)展度均減小、T500增大。除SCLC13組試樣外，其余各組試樣的工作性能均符合JGJ/T 283—2012中填充性性能等級SF1（擴(kuò)展度不小于550 mm）和VS1（T500大于2 s）的技術(shù)要求。

2.2 劍麻纖維對自密實(shí)輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從表5可以看出：隨著劍麻纖維摻量從0增加到4 kg/m3，自密實(shí)輕骨料混凝土的7 d抗壓強(qiáng)度逐漸降低，28 d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢；劍麻纖維摻量在2～4 kg/m3內(nèi)，在劍麻纖維摻量相同的情況下，隨著劍麻纖維長度從5 mm增加到15mm，自密實(shí)輕骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度略有提高。

主要原因在于：在同樣的粘結(jié)強(qiáng)度下，劍麻纖維的長度增加，則與混凝土基體接觸面積也增大，從而提高粘結(jié)性能；同時，劍麻纖維的長度增加約束了自密實(shí)輕骨料混凝土的橫向膨脹，從而提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度。隨著劍麻纖維摻量的增加，使劍麻纖維與混凝土基體粘結(jié)處的薄弱界面增多，導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度降低[5]。因此，劍麻纖維摻量過多，對自密實(shí)輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)，甚至降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度。

2.3 劍麻纖維對自密實(shí)輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

從表5可以看出：隨著劍麻纖維長度從5 mm增加到15 mm，自密實(shí)輕骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度呈先提高后降低的規(guī)律，劍麻纖維長度為10 mm時，自密實(shí)輕骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度最高。這是因為，劍麻纖維長度太短，則粘結(jié)面積過小，容易從混凝土基體中拔出，不能充分利用纖維抗拉性強(qiáng)的特點(diǎn)；劍麻纖維長度太長，在攪拌過程中容易打團(tuán)，不能均勻的分散在混凝土基體中，造成自密實(shí)輕骨料混凝土局部缺陷，同時，劍麻纖維長度太長，阻礙了自密實(shí)輕骨料混凝土流動，降低了劍麻纖維增強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土的工作性能[6]。

從表5還可以看出：在劍麻纖維長度相同情況下，隨著劍麻纖維摻量從0增加到4 kg/m3，自密實(shí)輕骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢。在承受荷載的初期，由混凝土基體和劍麻纖維共同承受外力，當(dāng)混凝土開裂后，主要由橫跨裂縫的劍麻纖維承受外力。故摻入劍麻纖維后，自密實(shí)輕骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度均有所提高。隨著劍麻纖維摻量的增加，劍麻纖維在自密實(shí)輕骨料混凝土中容易結(jié)團(tuán)，分布不均勻，同時增加了自密實(shí)輕骨料混凝土的薄弱界面，當(dāng)劍麻纖維的增強(qiáng)作用優(yōu)于薄弱界面的作用，則自密實(shí)輕骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度增大；當(dāng)劍麻纖維的增強(qiáng)作用弱于薄弱界面的作用，自密實(shí)輕骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度降低[7]。本試驗自密實(shí)輕骨料混凝土中劍麻纖維最佳摻量為3 kg/m3。

3 結(jié)論

（1）劍麻纖維是一種可再生的綠色環(huán)保材料，與混凝土有良好的粘結(jié)性能，可作為混凝土的纖維增強(qiáng)材料使用。

（2）隨著劍麻纖維長度和摻量的增加，自密實(shí)輕骨料混凝土的工作性能逐漸降低。但適當(dāng)控制劍麻纖維長度和摻量，自密實(shí)輕骨料混凝土的工作性能均符合JGJ/T 283—2012中填充性性能等級SF1（擴(kuò)展度不小于550 mm）和VS1（T500大于2 s）的技術(shù)要求。

（3）劍麻纖維對提高自密實(shí)輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不大，甚至?xí)?dǎo)致抗壓強(qiáng)度略為降低。

（4）摻入劍麻纖維可明顯提高自密實(shí)輕骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度，劍麻纖維長度為10 mm，摻量3 kg/m3時，28 d劈裂抗拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土提高54.2%。

[1]蘭憲鋼.自密實(shí)纖維輕骨料混凝土工作及力學(xué)性能的研究[D].大連：大連交通大學(xué)，2011.

[2]李曉斌.自密實(shí)輕骨料混凝土工作性能和力學(xué)性能影響因素分析[J].新型建筑材料，2012（2）：9-12.

[3] 王玉梅,劉錫軍.自密實(shí)輕骨料混凝土配合比設(shè)計及基本力學(xué)性能試驗[J].混凝土，2012（6）：111-113.

[4] 劉備，季濤，張麗哲.黃麻纖維增強(qiáng)混凝土的抗壓和抗折性能研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2013（4）：43-45.

[5] 徐麗麗.纖維輕骨料混凝土力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)試驗研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[6]沈榮熹，王璋水，崔玉忠．纖維增強(qiáng)水泥與纖維增強(qiáng)混凝土[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[7]胡曙光．先進(jìn)水泥基復(fù)合材料[M]．北京：科學(xué)出版社，2009．

Study on mechanical properties of sisal fiber reinforced self-compacting lightweight aggregate concrete

DONG Jianmiao，NIE Hao，YAN Yuanjing，WANG Yadong，DU Yacong
（Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China）

By adding sisal fibers into strength class C40 self-compacting lightweight aggregate concrete to enhance the selfcompacting lightweight aggregate concrete splitting tensile strength and crack resistance.The influence that the length and dosage of sisal fiber on compressive strength and splitting tensile strength of self-compacting lightweight aggregate concrete was researched in the experiment.It is dedicated in the statistics that sisal fiber contributes little to the compressive strength，even reduces 7 d compressive strength，but the splitting tensile strength is greatly improved in self-compacting lightweight aggregate concrete.When the length of sisal fiber is 10 mm and the dosage is 3 kg/m3，the 28 d splitting tensile strength of sisal fiber reinforced self-compacting lightweight aggregate concrete increases 54.2%.

self-compacting lightweight aggregate concrete，sisal fiber，length，dosage，mechanical properties

TU528.2

A

1001-702X（2016）08-0089-03

廣西教育廳科學(xué)基金項目（YB2014199）；

廣西高校中青年骨干教師培養(yǎng)計劃項目（2014年）；

柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目（2013B030402）

2015-12-22；

2016-01-18

董健苗，女，1972年生，廣西柳州人，教授。