陳 苗，劉雪婷，張春梅

(沈陽城市建設(shè)學(xué)院 土木工程系 沈陽市 110167)

纖維作為常用的一種混凝土復(fù)合材料，可以明顯提高混凝土的力學(xué)性能和抗裂性，隨著高分子行業(yè)的發(fā)展，很多高分子纖維也被應(yīng)用到混凝土中。利用正交試驗(yàn)，研究玄武巖纖維與聚丙烯腈兩種纖維混雜的高強(qiáng)混凝土的基本力學(xué)性能。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

冀東水泥P.O42.5；粉煤灰為沈陽永杰Ⅱ級(jí)粉煤灰；砂為Ⅱ區(qū)河砂，細(xì)度模數(shù)為2.64；石子為5～20mm的碎石；玄武巖纖維，密度2.65g/cm3，長度為6mm，直徑13μm；聚丙烯腈纖維，密度1.18g/cm3，長度為12mm，直徑為27μm；外加劑為聚羧酸減水劑，減水率30%。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)以C60高強(qiáng)混凝土為基準(zhǔn)混凝土，配合比為水泥∶砂∶碎石∶水∶減水劑=550∶682∶994∶175∶5.2。利用正交試驗(yàn)研究玄武巖纖維(體積率0%、0.1%、0.2%)、聚丙烯腈纖維(體積率0%、0.1%、0.2%)和粉煤灰(等量取代水泥質(zhì)量百分率10%、20%、30%)對高強(qiáng)混凝土的性能影響[1]。測試混雜纖維高強(qiáng)混凝土的坍落度、28d抗壓強(qiáng)度(試件尺寸100mm×100mm×100mm)、28d劈裂抗拉強(qiáng)度(試件尺寸100mm×100mm×100mm)，分析三種因素對高強(qiáng)混凝土性能的影響，因素水平表見表1。

表1 因素水平表

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

混雜纖維對高強(qiáng)混凝土基本性能影響的正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.1 混雜纖維對高強(qiáng)混凝土坍落度的影響

根據(jù)坍落度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交分析，見表3。

表3 坍落度極差分析

由表2和表3可知，玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維的摻入均降低混凝土的坍落度。玄武巖纖維直徑13μm，聚丙烯腈纖維直徑27μm，纖維的加入明顯增加原材料的比表面積，因此需要更多的水泥漿進(jìn)行包裹，增加流動(dòng)性的水泥漿量減少，坍落度降低[2]。并且纖維的形狀特點(diǎn)也使混凝土拌和物流動(dòng)性降低，尤其是12mm長的聚丙烯腈纖維，對流動(dòng)性降低更為明顯。單摻粉煤灰，纖維摻量為0%時(shí)，混凝土坍落度有一定的增加，但是粉煤灰取代水泥，由10%增加到30%，對混雜纖維混凝土的坍落度影響不大。

由方差分析與極差分析可以得出，玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維對混凝土坍落度影響比較顯著。三種因素對混雜纖維高強(qiáng)混凝土的影響由大到小為：聚丙烯腈纖維(12mm)>玄武巖纖維(6mm)>粉煤灰。

2.2 混雜纖維對高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

根據(jù)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交分析，見表4。

表4 抗壓強(qiáng)度極差分析

由表2和表4可知，與基準(zhǔn)混凝土相比，摻入纖維的高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土。隨著玄武巖纖維與聚丙烯腈纖維摻入量的增加，C60高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度均明顯提高。纖維的加入，提高了混凝土組成材料總的比表面積，減少了泌水，同時(shí)降低了混凝土過渡區(qū)的水膠比，可以明顯改善混凝土過渡區(qū)結(jié)構(gòu)，提高混凝土抗壓強(qiáng)度。粉煤灰取代水泥，取代率由10%增加到30%，混凝土抗壓強(qiáng)度變化不大。當(dāng)玄武巖纖維與聚丙烯腈纖維摻量各為0.2%時(shí)，由于纖維總摻量較多，混凝土坍落度相對較小，不利于混凝土密實(shí)成型，但混凝土的強(qiáng)度提高較大，與基準(zhǔn)混凝土相比，抗壓強(qiáng)度提高18.6%。

由方差分析與極差分析可以得出，玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維對混凝土28d抗壓強(qiáng)度影響比較顯著。三種因素對混雜纖維高強(qiáng)混凝土的影響由大到小為：聚丙烯腈纖維(12mm)>玄武巖纖維(6mm)>粉煤灰。

2.3 混雜纖維對高強(qiáng)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

根據(jù)劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交分析，見表5。

表5 劈裂抗拉強(qiáng)度極差分析

由表2和表5可知，與基準(zhǔn)混凝土相比，玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維的摻入均明顯提高高強(qiáng)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。隨著玄武巖纖維與聚丙烯腈纖維摻入量的增加，高強(qiáng)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度均顯著提高。這是因?yàn)槔w維在混凝土中與膠凝材料粘結(jié)在一起，當(dāng)膠凝材料收縮時(shí)，纖維利用摩擦阻力與水泥的粘結(jié)力，可以有效地減少膠凝材料的收縮變形[3]。因而減少混凝土內(nèi)部由于收縮產(chǎn)生的微裂紋，減少混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，所以混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度顯著提高[4]。聚丙烯腈纖維對高強(qiáng)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的提高效果高于玄武巖纖維。粉煤灰取代水泥，隨著取代量的增加，混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度略有降低，但變化不大。當(dāng)玄武巖纖維與聚丙烯腈纖維摻量各為0.2%時(shí)，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值7.9MPa，與基準(zhǔn)混凝土相比，提高64.6%。

由方差分析與極差分析可以得出，玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維對高強(qiáng)混凝土28d劈裂抗拉強(qiáng)度影響比較顯著。三種因素對混雜纖維高強(qiáng)混凝土的影響由大到小為：聚丙烯腈纖維(12mm)>玄武巖纖維(6mm)>粉煤灰。

3 結(jié)論

(1)混雜纖維對高強(qiáng)混凝土的流動(dòng)性降低比較明顯，長度為12mm的聚丙烯腈纖維對流動(dòng)性影響最為顯著，與纖維的影響相比，粉煤灰對纖維高強(qiáng)混凝土流動(dòng)性影響很小。

(2)纖維的摻入可以明顯提高混凝土28d抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度，當(dāng)玄武巖纖維與聚丙烯腈纖維摻量均各0.2%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度與劈裂抗拉強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相比，提高18.6%和64.6%。

(3)玄武巖纖維、聚丙烯腈纖維對混雜纖維高強(qiáng)混凝土的坍落度、抗壓強(qiáng)度與劈裂抗拉強(qiáng)度影響均比較明顯，影響由大到小為：聚丙烯腈纖維>玄武巖纖維>粉煤灰。