代旭東，鄧建華， 楊 壯，杜 凱

(貴州大學(xué) 土木工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

磷渣是一種生產(chǎn)黃磷時(shí)生成的有害物質(zhì)，每生產(chǎn)1t磷通常要生成8t左右的磷渣。我國(guó)作為生產(chǎn)大國(guó)，每年有大量的磷渣生產(chǎn)并堆積，其中的有害物質(zhì)滲透進(jìn)入土壤造成土地污染。而將磷渣作為摻合料加入混凝土可以有效緩解這一問(wèn)題，消耗有害固體廢料的同時(shí)降低混凝土成本。將磷渣應(yīng)用到混凝土中有較好的前景[1- 2]，戈雪良[3]對(duì)磷渣粉水工混凝土的物理性能如強(qiáng)度、彈模、體積變形等進(jìn)行了研究后認(rèn)為，摻入磷渣粉后的水工混凝土的部分性能得到了改善，并且如果將之應(yīng)用于大壩，有利于大壩安全。

現(xiàn)已有將磷渣應(yīng)用到水工混凝土的實(shí)例，如貴州索風(fēng)營(yíng)水電站的碾壓混凝土壩便采用了粉煤灰與磷渣混摻技術(shù)[4]，林育強(qiáng)研究了磷渣的化學(xué)成分、微觀性能以及磷渣混凝土的物理性能、熱力學(xué)性能、耐久性能等并將之應(yīng)用到沙陀水電站大壩碾壓混凝土[5]。

水工混凝土結(jié)構(gòu)由于其工作環(huán)境復(fù)雜導(dǎo)致其對(duì)于混凝土的抗?jié)B性能要求較高。而在混凝土中加入纖維可以使得其滲透性減小。Mobasher[6]等學(xué)者研究認(rèn)為混凝土的抗?jié)B透性能隨孔隙率的提高而降低。劉倩文[7]研究認(rèn)為聚丙烯纖維的摻入顯著提高了混凝土抗?jié)B透性能。李冬[8]采用超聲波測(cè)量對(duì)鋼纖維混凝土與聚丙烯混凝土的滲透性能進(jìn)行了研究，其結(jié)論認(rèn)為聚丙烯纖維的加入可以增強(qiáng)開裂混凝土的抗?jié)B性能。馬偉麗[9]在不同水壓條件下對(duì)不同纖維摻量的纖維混凝土進(jìn)行損傷滲透性試驗(yàn)，其結(jié)論認(rèn)為纖維混凝土試件損傷后的滲透流量皆小于未摻入纖維的混凝土。

而鐘秉章[10]探討了聚丙烯纖維混凝土在水下結(jié)構(gòu)、板式混凝土結(jié)構(gòu)、橋梁路面工程、噴射混凝土等工程的應(yīng)用前景，認(rèn)為聚丙烯纖維混凝土在水利水電工程具有較為廣泛的應(yīng)用前景。

隨著工程技術(shù)的進(jìn)步，聚丙烯纖維現(xiàn)已有工程應(yīng)用實(shí)例。余淑紅[11]分析了疏勒河灌區(qū)昌馬舊總干渠在服役期間所產(chǎn)生的各種問(wèn)題，并認(rèn)為可以采用耐磨性、抗沖擊性且相比之下較為經(jīng)濟(jì)的聚丙烯混凝土作為襯砌材料對(duì)總干渠進(jìn)行結(jié)構(gòu)修復(fù)，此舉有效地延長(zhǎng)了總干渠的服役壽命。陳攀[12]分析了巴家咀水庫(kù)加固工程，認(rèn)為聚丙烯纖維混凝土在加固工程聚丙烯混凝土拌合過(guò)程中所采用的分時(shí)、分量投入聚丙烯纖維辦法有效地解決了聚丙烯纖維混凝土的攪拌問(wèn)題，使之成功地運(yùn)用在工程中。

水工結(jié)構(gòu)所使用的水工混凝土由于其用方量較大，在大量消耗磷渣的同時(shí)可以節(jié)約工程成本。而在其中加入聚丙烯纖維可以使得其抗?jié)B性能提高。但現(xiàn)有成果對(duì)此研究不多，若要將之作為水工混凝土應(yīng)用到工程實(shí)際，則有必要對(duì)其抗?jié)B性能進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)

本文對(duì)不同纖維摻量(0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%)下磷渣混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度與抗?jié)B性能進(jìn)行研究，所澆筑試件數(shù)量見表1。

表1 試件澆筑數(shù)量表

本試驗(yàn)所采用的纖維為聚丙烯纖維，其物理參數(shù)見表2。磷渣來(lái)源于貴陽(yáng)某廠生產(chǎn)，其混凝土抗壓強(qiáng)度應(yīng)力應(yīng)變曲線由RMT- 301b巖石與混凝土試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)定，抗?jié)B性能由HP- 4.0混凝土滲透儀測(cè)定。

表2 聚丙烯纖維物理指標(biāo)

1.1 混凝土立方體抗壓試驗(yàn)

本試驗(yàn)對(duì)0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%聚丙烯纖維體積摻量的磷渣混凝土，按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土立方體抗壓試驗(yàn)，采用150mm×150mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)立方體試件。本文設(shè)計(jì)混凝土等級(jí)為C40，RMT- 301b巖石與混凝土試驗(yàn)系統(tǒng)正常使用量程為1200KN且具有數(shù)字伺服器，可均勻連續(xù)地加載，采用RMT- 301b巖石與混凝土試驗(yàn)系統(tǒng)可對(duì)立方體混凝土試件進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變曲線測(cè)定。

1.2 混凝土抗?jié)B試驗(yàn)

本試驗(yàn)對(duì)0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%聚丙烯纖維體積摻量的磷渣混凝土，按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行混凝土抗?jié)B試驗(yàn)。采用上口內(nèi)直徑為175mm，下口內(nèi)直徑為185mm的圓臺(tái)體試模澆筑試件。試件脫模后等待28d齡期，28d齡期時(shí)將石蠟放入220℃烘箱烘5min后融化加2%的松香進(jìn)行密封。試件準(zhǔn)備好后，啟動(dòng)抗?jié)B儀，扭動(dòng)6個(gè)試位閥門，排空其中管道空氣，使水從6個(gè)孔中滲出，并將初始?jí)毫φ{(diào)整至0.1MPa，隨后關(guān)閉6個(gè)試位下的閥門后將試件安裝至抗?jié)B儀上。

本試驗(yàn)采用逐級(jí)加壓法，其水壓從0.1MPa開始，每8小時(shí)加0.1MPa，加至6個(gè)試件有3個(gè)試件表面出現(xiàn)滲水時(shí)停止試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)混凝土立方體試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)后所得結(jié)果如圖1所示，從圖中可以看出其數(shù)據(jù)符合本次試驗(yàn)混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C40，其立方體抗壓強(qiáng)度隨著纖維摻量的增大而逐漸減小，并在纖維摻量為1.2%時(shí)取得最小值。當(dāng)纖維摻量為0.8%時(shí)，下降幅度最大。但總體立方體抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)均大于40MPa。雖然立方體抗壓強(qiáng)度隨著纖維摻量的增大而逐漸減小，但總體下降范圍在3MPa以內(nèi)。

圖1 立方體抗壓強(qiáng)度隨纖維摻量變化圖

對(duì)混凝土圓臺(tái)體試件進(jìn)行抗?jié)B透試驗(yàn)后所得結(jié)果如圖2所示，從圖中可以看出其抗?jié)B透性能隨纖維摻量的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在纖維摻量為0.6%時(shí)其所能承受的水壓力值為最大，但總體基本都比未摻入纖維的混凝土抗?jié)B透性能要好，這說(shuō)明纖維的摻入有效地降低了混凝土的滲透性。良好的抗?jié)B透性能使其更為適用于水工結(jié)構(gòu)物中。

圖2 混凝土最大水壓力隨纖維摻量變化圖

3 結(jié)論

(1)隨著混凝土中纖維摻量的增多，其立方體抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)并在纖維摻量為1.2%時(shí)取得最小值。雖然立方體抗壓強(qiáng)度隨著纖維摻量的增大而逐漸減小，但總體而言立方體抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)均大于40MPa，滿足本次試驗(yàn)混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C40。

(2)其抗?jié)B透性能隨纖維摻量的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在纖維摻量為0.6%時(shí)其所能承受的水壓力值為最大，但總體基本都比未摻入纖維的混凝土抗?jié)B透性能要好。

(3)磷渣混凝土在摻入適量的纖維后其抗?jié)B透性能得到了提升，使其可以更為適用于類似水工結(jié)構(gòu)物所處的復(fù)雜環(huán)境。