聶 浩,付希堯

(廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530007)

0 前 言

自密實(shí)輕骨料混凝(SCLC)是指能夠在重力作用下自動(dòng)填充模板,且表觀密度小于1 950 kg/m3的新型高性能混凝土,它解決了普通混凝土自重大和施工時(shí)需要振搗擾民等問(wèn)題,但是并沒(méi)有解決混凝土的韌性和抗裂性差等缺點(diǎn)[1-2]。目前,國(guó)內(nèi)外主要選用鋼纖維和合成纖維(聚丙烯、尼龍等)作為增強(qiáng)劑來(lái)增強(qiáng)混凝土的韌性和抗裂性能,而選用植物纖維作為增強(qiáng)劑的研究比較少見(jiàn)。本試驗(yàn)結(jié)合廣西區(qū)域特色,選用植物纖維中劍麻纖維作為增強(qiáng)材料,主要是因?yàn)閯β槔w維來(lái)源廣、價(jià)格低、可再生、拉伸強(qiáng)度高,且具有良好的物理特性及加工工藝性,是代替合成纖維的理想材料之一[3]。本文參考《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2002)和《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJT 283—2012),通過(guò)選用不同長(zhǎng)度的劍麻纖維進(jìn)行試驗(yàn),研究其對(duì)強(qiáng)度等級(jí)C40自密實(shí)輕骨料混凝土容重、流動(dòng)性、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度及彈性模量的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

水泥：采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥；參考《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

陶粒：湖北宜昌寶珠陶粒有限公司生產(chǎn)的700級(jí)頁(yè)巖圓球型陶粒,相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 陶粒的主要技術(shù)指標(biāo)

砂：中砂。

粉煤灰：I級(jí)灰,密度2.24 g/cm3,比表面積423 m2/kg。

減水劑：采用聚羧酸系高效減水劑,粉劑,減水率達(dá)30%。

劍麻纖維：選用廣西劍麻集團(tuán)生產(chǎn)的劍麻纖維成品,將劍麻纖維剪成5、10和15 mm的不同長(zhǎng)度,技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 廣西劍麻集團(tuán)劍麻纖維技術(shù)指標(biāo)

1.2 自密實(shí)輕骨料混凝土配合比

本試驗(yàn)研究依據(jù)《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJT 283—2012)中絕對(duì)體積法計(jì)算及實(shí)驗(yàn)室試配確定各種材料用量。其中,水灰比為0.28,陶粒體積摻量為0.42,減水劑摻量為膠凝材料的1.23%,粉煤灰采用等量法取代27%的水泥。將5、10和15 mm不同長(zhǎng)度的劍麻纖維均以2 kg/m3的摻量摻入自密實(shí)輕骨料混凝土中,并考慮劍麻纖維吸水性,附加劍麻纖維的吸水量。試驗(yàn)具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 劍麻纖維增強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 混凝土容重

混凝土容重見(jiàn)圖1,由圖1表明：摻入劍麻纖維顯著降低了自密實(shí)輕骨料混凝土的容重,大約降低80 kg/m3；自密實(shí)輕骨料混凝土容重只與劍麻纖維摻量多少有關(guān),與長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。主要是因?yàn)樽悦軐?shí)輕骨料混凝土在攪拌配制過(guò)程中,劍麻纖維吸收水分體積膨脹,干燥后水分蒸發(fā),體積收縮,從而增加了自密實(shí)輕骨料混凝土與劍麻纖維之間的空隙,降低了自密實(shí)輕骨料混凝土的容重。劍麻纖維摻量一定,長(zhǎng)度增加,相當(dāng)于減少了劍麻纖維數(shù)量,但并沒(méi)有改變劍麻纖維摻入的體積率,所以對(duì)自密實(shí)輕骨料混凝土容重沒(méi)有影響。

圖1 劍麻纖維增強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土容重

2.2 混凝土流動(dòng)性

混凝土流動(dòng)性見(jiàn)圖2,從圖2可以看出：自密實(shí)輕骨料混凝土的流動(dòng)擴(kuò)展度隨摻入劍麻纖維長(zhǎng)度增大而呈降低趨勢(shì),摻入的劍麻纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng),流動(dòng)擴(kuò)展度降低幅度越大,依次降低12.3%、18.7%和23.3%。其主要原因是劍麻纖維在自密實(shí)輕骨料混凝土中散亂分布、相互搭接,阻礙了粗骨料的沉降,增強(qiáng)了水泥漿與粗骨料之間的包裹性,從而提高了混凝土的整體性,降低了流動(dòng)性；劍麻纖維越長(zhǎng),水泥漿與粗骨料之間的包裹力越大,降低幅度越大[4]。

圖2 劍麻纖維增強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土流動(dòng)擴(kuò)展度

2.3 混凝土抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度見(jiàn)圖3,從圖3可以看出：摻入劍麻纖維,降低了自密實(shí)輕骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度；劍麻纖維長(zhǎng)度從5 mm增加到15 mm,自密實(shí)輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度呈先增加后降低趨勢(shì)。其主要原因是劍麻纖維表面吸附的水分降低了周圍水泥漿的濃度,使劍麻纖維與水泥漿之間產(chǎn)生了薄弱界面,增加了空隙率,從而降低了自密實(shí)輕骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度；劍麻纖維長(zhǎng)度從5 mm增加到15 mm,抗壓強(qiáng)度先增加后降低,主要是因?yàn)榛炷猎噳K在承受壓力過(guò)程中,劍麻纖維約束混凝土橫向變形,當(dāng)纖維長(zhǎng)度過(guò)短,容易從混凝土中拔出,當(dāng)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng),則劍麻纖維數(shù)量不夠,容易拉斷,無(wú)法約束混凝土的橫向變形,所以摻入的劍麻纖維長(zhǎng)度為10 mm時(shí),混凝土抗壓強(qiáng)度略有上升[5]。

圖3 劍麻纖維增強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度

2.4 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度

抗拉強(qiáng)度見(jiàn)圖4。

圖4 劍麻纖維增強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度

從圖4可以看出：摻入劍麻纖維,自密實(shí)輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度提升顯著,最大提升幅度達(dá)45.3%；劈裂抗拉強(qiáng)度隨劍麻纖維長(zhǎng)度的增加呈先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)。其主要原因是：劍麻纖維長(zhǎng)度太短,有效粘結(jié)面小,容易拔出,不能充分利用纖維抗拉強(qiáng)度；長(zhǎng)度太長(zhǎng),在拌制過(guò)程中容易成團(tuán),不能均勻分散,增添了混凝土內(nèi)部缺陷,同時(shí),摻入體積一定,長(zhǎng)度增長(zhǎng),數(shù)量減少,則截面積上承受拉應(yīng)力的劍麻纖維數(shù)量減少,造成混凝土抗拉強(qiáng)度下降[6]。

2.5 混凝土彈性模量

劍麻纖維長(zhǎng)度對(duì)自密實(shí)輕骨料混凝土彈性模量的影響,見(jiàn)圖5。

圖5 劍麻纖維增強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土彈性模量

從圖5可以看出,摻入劍麻纖維降低了自密實(shí)輕骨料混凝土彈性模量,摻入的劍麻纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng),降低幅度越大,最大降低幅度為18.52%。主要原因：①因?yàn)閯β槔w維的彈性模量低于自密實(shí)輕骨料混凝土；②因?yàn)閯β槔w維表面與自密實(shí)輕骨料混凝土基體之間存在薄弱界面和間隙,這些薄弱界面和間隙增加了自密實(shí)輕骨料混凝土的孔隙率,降低了強(qiáng)度及彈性模量[6]。

3 結(jié) 論

1)自密實(shí)輕骨料混凝土容重只與劍麻纖維摻量大小有關(guān),與長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。

2)摻入劍麻纖維,能夠降低自密實(shí)輕骨料混凝土的流動(dòng)擴(kuò)展度和抗壓強(qiáng)度；劍麻纖維長(zhǎng)度從5 mm增加到15 mm,自密實(shí)輕骨料混凝土流動(dòng)擴(kuò)展度降低幅度增大,抗壓強(qiáng)度呈先增加后降低變化。

3)摻入劍麻纖維,自密實(shí)輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度顯著提升,且隨劍麻纖維長(zhǎng)度的增加,劈裂抗拉強(qiáng)度呈先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)。

4)摻入劍麻纖維能夠降低自密實(shí)輕骨料混凝土的彈性模量,摻入的劍麻纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng),降低幅度越大,最大降低幅度為18.52%。

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