趙云飛

(合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009)

0 引 言

水泥及材料的破壞過(guò)程具有多層次特性，表現(xiàn)為由起初微米級(jí)別的裂縫在荷載作用下不斷擴(kuò)大轉(zhuǎn)化為微觀裂縫，裂縫繼續(xù)擴(kuò)大最終變化為宏觀裂縫進(jìn)而發(fā)生破壞[1]。玄武巖纖維是一種新型無(wú)機(jī)纖維材料，是火山爆發(fā)形成的一種玻璃態(tài)的玄武巖礦石經(jīng)高溫熔融后快速拉制而成的纖維，具有抗壓強(qiáng)度高、彈性模量大、耐腐蝕和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性[2]。大量文獻(xiàn)表明在水泥基材料中摻加玄武巖纖維能有效加強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能[3，4]。而水泥混凝土等以水泥為膠結(jié)料的混合材料主要依賴水泥和細(xì)集料的膠結(jié)作用，因此有必要研究玄武巖纖維與水泥和細(xì)集料的膠結(jié)作用及機(jī)制，確定合適的纖維長(zhǎng)度和纖維摻量，以期為實(shí)際工程提供依據(jù)。

1 原材料及試件制作

1.1 原材料

(1)玄武巖纖維。本實(shí)驗(yàn)選用的玄武巖纖維為短切玄武巖纖維，長(zhǎng)度選用6 mm、12 mm和20 mm，其主要性能見(jiàn)表1。其他原材料：P.O.42.5R水泥；ISO標(biāo)準(zhǔn)砂；飲用自來(lái)水。

表1 玄武巖纖維物理力學(xué)性能

1.2 砂漿配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[5]，試驗(yàn)采用配合比為:水泥與ISO砂質(zhì)量比為1∶3，水灰比為0.5。基準(zhǔn)值配合比為:水泥∶標(biāo)準(zhǔn)砂∶水=450 g∶1 350 g∶225 ml。

1.3 試件制作與養(yǎng)護(hù)

按配合比將水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂、水、玄武巖纖維進(jìn)行攪拌，攪拌后裝入模具采用振動(dòng)臺(tái)成型，試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。將試模放入養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)，20～24 h后脫模。

2 試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試件抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》,以中心荷載法測(cè)定抗折強(qiáng)度，采用杠桿式康澤試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。普通水泥砂漿及摻加不同長(zhǎng)度的玄武巖纖維的水泥砂漿的抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，并如圖1、圖2所示。

表2 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖1 纖維長(zhǎng)度對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響

圖2 纖維摻量對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響

由表2和圖1可知摻加不同長(zhǎng)度的纖維后，水泥砂漿試件的7 d抗折強(qiáng)度均有提高。在摻量為0.5‰時(shí)，摻不同長(zhǎng)度玄武巖纖維的砂漿的7 d抗折強(qiáng)度分別提高了5.2%、17.2%、19.0%。在摻量為0.5‰時(shí)，摻6 mm和20 mm玄武巖纖維的砂漿的28 d抗折強(qiáng)度提高5.3%，而摻12 mm玄武巖纖維的砂漿的28 d抗折強(qiáng)度無(wú)變化。因此摻加玄武巖纖維可以明顯提高水泥砂漿試件早期強(qiáng)度，但是對(duì)于后期強(qiáng)度影響無(wú)一致性的規(guī)律。從圖2可知，對(duì)于同一種纖維，隨著纖維摻量增加，其抗折強(qiáng)度隨之下降，并且摻入的纖維越長(zhǎng)則受摻量增加的影響越大。

2.2 試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

抗折試驗(yàn)后的斷塊立即進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，試件受壓面為試件成型時(shí)的兩個(gè)側(cè)面。普通水泥砂漿及摻加玄武巖纖維水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3,并如圖3、圖4所示。

圖3 纖維長(zhǎng)度對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

圖4 纖維摻量對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

表3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表3和圖3可知摻加不同長(zhǎng)度的纖維后，水泥砂漿試件的7 d抗壓強(qiáng)度下降，28 d抗壓強(qiáng)度提高。在摻量為0.5‰時(shí)，摻6 mm玄武巖纖維的砂漿的7 d抗壓強(qiáng)度下降了5.5%，摻12 mm玄武巖纖維的砂漿的7 d抗壓強(qiáng)度下降了4.7%，摻20 mm玄武巖纖維的砂漿的7 d抗壓強(qiáng)度下降了9.6%。在摻量為0.5‰時(shí)，摻6 mm玄武巖纖維的砂漿的28 d抗壓強(qiáng)度提高了10.3%，摻12 mm玄武巖纖維的砂漿的28 d抗壓強(qiáng)度提高了10.6%，摻20 mm玄武巖纖維的砂漿的28 d抗壓強(qiáng)度提高了12.7%。因此摻加玄武纖維對(duì)水泥砂漿早期抗壓強(qiáng)度提升效果不明顯，對(duì)砂漿后期抗壓強(qiáng)度有較大提高。

由圖4可知，摻6 mm玄武巖纖維的砂漿在摻量為0.5‰和1.0‰時(shí)抗壓強(qiáng)度變化較小，當(dāng)摻量超過(guò)1.0‰時(shí)抗壓強(qiáng)度明顯下降；摻12 mm玄武巖纖維的砂漿抗壓強(qiáng)度受摻量影響不大；摻20 mm玄武巖纖維的砂漿抗壓強(qiáng)度隨摻量增加而下降。

3 結(jié)論分析

(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻量為0.50‰的20 mm玄武巖纖維對(duì)水泥砂漿試件的增強(qiáng)作用最佳:7 d抗折強(qiáng)度提升19.0%，28 d抗折強(qiáng)度提高2.6%，28 d抗壓強(qiáng)度提高12.7%。

(2) 不同長(zhǎng)度的玄武巖纖維在0.5‰摻量時(shí)表現(xiàn)出較好的增強(qiáng)作用。當(dāng)摻量大于0.5‰時(shí)，均表現(xiàn)出隨摻量增大而強(qiáng)度下降的現(xiàn)象。

(3) 早期由于水化作用不充分，纖維與膠砂聯(lián)結(jié)作用不強(qiáng)形成薄弱面導(dǎo)致早期抗壓強(qiáng)度下降；后期水化作用充分，纖維和基體聯(lián)結(jié)加強(qiáng)，抗壓能力也隨之加強(qiáng)。在抗折試驗(yàn)中，斷面表面纖維多被拔出，可見(jiàn)纖維增強(qiáng)基體抗折強(qiáng)度主要由纖維抵抗拔出的能力決定，但纖維與基體聯(lián)結(jié)作用的加強(qiáng)對(duì)抗拔能力的提升有限，所以表現(xiàn)出后期抗折強(qiáng)度提升不明顯。當(dāng)纖維摻量增大時(shí)，在攪拌過(guò)程中不易分散可能形成結(jié)團(tuán)從而在砂漿中形成空洞導(dǎo)致強(qiáng)度下降。