許欣，馬魁

（武昌工學院，湖北 武漢 430065）

混凝土材料被廣泛應(yīng)用于工程行業(yè)，是應(yīng)用最廣、用量最大的工程材料[1]。然而，由于傳統(tǒng)混凝土抗彎曲性能和抗折性能偏低，在使用時容易產(chǎn)生裂縫，從而影響結(jié)構(gòu)的力學性能和壽命。在混凝土中通過摻加纖維來改善性能，可有效控制裂縫，提高混凝土材料的力學性能[2]。隨著纖維改性混凝土技術(shù)的不斷采用，聚丙烯纖維在工程中得到了一定規(guī)模的應(yīng)用，但目前對于聚乙烯醇纖維混凝土的研究還相對較少。由于PVA纖維親水性好、耐酸堿，在混凝土中分散性好，能跟水泥石實現(xiàn)較好的粘結(jié)強度[3]，價格相對經(jīng)濟，作為混凝土中摻加的改性材料，其應(yīng)用優(yōu)勢越來越明顯。本文針對不同摻量的PVA混凝土在不同齡期的抗壓強度、抗折強度以及坍落度展開分析。為合理選擇摻加PVA纖維含量提供依據(jù)。

1 試驗分析

1.1 原材料

試驗水泥采用華新水泥廠生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥，摻合Ⅱ級復(fù)合粉煤灰；細骨料為江砂，細度模數(shù)為2.6；粗骨料為級配良好的碎石，粒徑為5～20 mm；水為城市潔凈自來水，符合國家標準；外加劑為脂肪族高效減水劑，減水率達到18%；纖維為上海產(chǎn)聚乙烯醇纖維，短纖PVA纖維，長度為12 mm，等效直徑36 μm。

1.2 配合比設(shè)計

最佳體積摻量試驗的混凝土基準配合比為：水泥∶粉煤灰∶砂∶石=1∶0.25∶2.18∶3.11。減水劑的摻量為1%，纖維的體積摻量為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%?；炷僚浜媳热绫?所示。

表1 混凝土配合比

1.3 混凝土制備

為了保證拌制PVA纖維混凝土時纖維的均勻性和分散性，采用強制式攪拌機拌和混凝土[4]。首先將砂、石混合干拌30 s；然后加入水泥、纖維，再干拌2 min；最后將攪拌均勻的水和減水劑的混合溶液倒入攪拌機攪拌，再濕拌2 min。直至PVA纖維在混凝土內(nèi)分布較均勻，纖維混凝土的和易性達到施工需求。在攪拌完畢后，測試纖維混凝土拌合物坍落度，然后將混凝土拌合物裝入試件模型內(nèi)。將試件放在振動臺上振動密實成型，再將試件放在室內(nèi)靜置24 h成型后拆除模板，同時將試件放入標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護28 d，直至到達規(guī)定齡期后取出進行晾干。

1.4 試件尺寸與數(shù)量

混凝土抗壓強度試驗采用尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的立方體尺寸試件，抗折強度試驗采用尺寸為100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體試件。以PVA摻量、齡期、抗壓強度、抗折強度作為正交試驗的4個因素安排試塊。

1.5 試驗方法

參考GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》中規(guī)定的方法，測試混凝土拌合物的坍落度；參考CECS 13：2009《纖維混凝土試驗方法標準》[5]、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[6]中規(guī)定的方法，分別測試不同摻量混凝土在第3 d、7 d、28 d的立方體抗壓強度及抗折強度，混凝土試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，3個試件為一組。

相關(guān)規(guī)定要求，試驗在微機控制全自動壓力試驗機上進行，混凝土立方體抗壓強度按照下式進行計算：

式（1）中：fcu為混凝土立方體的抗壓強度，MPa；F為試件破壞時對應(yīng)的荷載，N；A為試件的承壓面積，mm2。

一般情況下取同組的3個試件的試驗抗壓強度的算數(shù)平均值作為混凝土立方體抗壓強度值。但是，為了提高測試的精度，嚴格控制同組內(nèi)試驗結(jié)果，做了以下要求：如果3個試驗數(shù)據(jù)中，最大值或者最小值中有一個與中間值的差值超過15%，則以中間值作為計算結(jié)果；如果最大值或者最小值與中間值的差值均超過15%，則該組試驗數(shù)據(jù)視作無效。由于本次抗壓強度試驗中選取的試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的非標準的試件，因此還需要將上述抗壓強度試驗結(jié)果乘以尺寸換算系數(shù)0.95。

2 試驗結(jié)果

針對不同體積摻量的PVA纖維混凝土試件進行了第3 d、第7 d、第28 d齡期的抗壓、抗折試驗以及坍落度試驗，結(jié)果如表2、表3、表4所示。

表2 不同PVA纖維摻量混凝土在不同齡期的抗壓強度

表3 不同PVA纖維摻量混凝土在不同齡期的抗折強度

表4 不同PVA纖維摻量混凝土坍落度（單位：mm）

由表2可知，在第3 d齡期時，摻PVA纖維混凝土抗壓強度跟沒有摻PVA纖維混凝土抗壓強度相比出現(xiàn)了較大的波動，隨著摻量的不同，PVA纖維混凝土抗壓強度表現(xiàn)出不同的差異性。0.10%和0.25%摻量的PVA纖維混凝土抗壓強度表現(xiàn)為正增長，特別是0.10%摻量的PVA纖維混凝土抗壓強度增長了10.4%，而其他摻量PVA纖維混凝土抗壓強度的表現(xiàn)為負增長。在第7 d齡期時，各摻量的PVA纖維混凝土抗壓強度均表現(xiàn)為正增長，其中0.05%、0.10%、0.20%摻量的PVA纖維混凝土抗壓強度增量整體高于其他摻量的PVA纖維混凝土抗壓強度。0.05%、0.10%摻量的PVA纖維混凝土抗壓強度增量較接近，均超過了5.5%。在第28 d齡期時，摻PVA纖維混凝土抗壓強度跟沒有摻PVA纖維混凝土抗壓強度相比都表現(xiàn)了較積極的強度增長，均超過了8.5%以上的增長。尤其是0.10%摻量的PVA纖維混凝土抗壓強度在28 d齡期時，抗壓強度實現(xiàn)了11.6%的增幅，表現(xiàn)優(yōu)于其他摻量。整體上來看，本次試驗中摻加有PVA纖維混凝土在第7 d、第28 d齡期抗壓強度都有不同程度的增長，由于摻加的PVA纖維含量不同，表現(xiàn)出了不同的差異。綜合來看，0.10%摻量的PVA纖維混凝土無論齡期在第3 d、第7 d或者第28 d的抗壓強度都表現(xiàn)較好，抗壓強度出現(xiàn)了較穩(wěn)定的抗壓強度增長。

由表3可知，在第3 d齡期時，摻PVA纖維混凝土抗折強度跟沒有摻PVA纖維混凝土抗折強度相比都有不同程度的增長，隨著摻量的不同，PVA纖維混凝土抗折強度表現(xiàn)出不同的差異性。0.10%、0.15%、0.20%和0.25%摻量的PVA纖維混凝土抗折強度都變現(xiàn)了較高的增長。在第7 d齡期時，各摻量的PVA纖維混凝土抗折強度均表現(xiàn)為超過5%，其中以0.10%摻量的PVA纖維混凝土抗折強度增量達到了9.1%，較高于其他摻量的PVA纖維混凝土抗折強度。0.05%、0.15%摻量的PVA纖維混凝土抗折強度增量較接近，均超過了6.5%。在第28 d齡期時，摻PVA纖維混凝土抗折強度跟沒有摻PVA纖維混凝土抗折強度相比都表現(xiàn)了較積極的強度增長，均超過了10%以上的增長。尤其是0.10%摻量的PVA纖維混凝土抗折強度在第28 d齡期時，抗折強度實現(xiàn)了27.7%的增幅，表現(xiàn)優(yōu)于其他摻量。整體上來看，本次試驗中摻加有PVA纖維混凝土在第3 d、第7 d、第28 d齡期抗折強度都有不同程度的增長，由于摻加的PVA纖維含量不同，表現(xiàn)出了不同的差異。綜合來看，0.10%摻量的PVA纖維混凝土無論齡期在第3 d、第7 d或者第28 d的抗折強度都表現(xiàn)較好，好于其他摻量的PVA纖維混凝土抗折強度。出現(xiàn)了較穩(wěn)定的抗折強度的增長。

混凝土的坍落度指標可以直接反映混凝土拌合物的和易性，規(guī)范上規(guī)定流動性混凝土的塌落度要求不小于100 mm，這樣才能保障正常施工的進行。由表4可知，體積摻量為0.10%PVA纖維混凝土坍落度值為153 mm，跟基材混凝土坍落度178 mm接近，能保持較好的和易性。而其他摻量的PVA纖維混凝土，尤其是0.25%摻量的PVA纖維混凝土塌落度為49 mm，說明PVA纖維摻量對混凝土材料的和易性影響較明顯。體積摻量為0.10%PVA纖維混凝土坍落度跟基材混凝土坍落度接近，表現(xiàn)出了較好的和易性，能夠較好地滿足正常施工的需求。

3 結(jié)論

PVA纖維由于親水性好，耐酸堿，在混凝土中分散性好，能跟水泥石實現(xiàn)較好的粘結(jié)強度，可作為混凝土中摻加的改性材料。通過試驗得出以下結(jié)論：0.10%體積摻量的PVA纖維混凝土齡期在第3 d、第7 d、第28 d的抗壓強度都表現(xiàn)較好，抗壓強度出現(xiàn)了較穩(wěn)定的增長情況；0.10%體積摻量的PVA纖維混凝土齡期在第3 d、第7 d、第28 d的抗折強度都表現(xiàn)較好，好于其他摻量的PVA纖維混凝土抗折強度，并且出現(xiàn)了較穩(wěn)定的抗折強度增長；0.10%體積摻量的PVA纖維混凝土坍落度跟基材混凝土坍落度接近，表現(xiàn)出了較好的和易性，能夠較好地滿足正常施工的需求。

無論是改善混凝土的抗壓強度、抗折強度，還是保持混凝土的和易性，體積摻量為0.10%的PVA纖維混凝土表現(xiàn)優(yōu)于其他的摻量。因此，當PVA體積摻量為0.10%時，能顯著改善混凝土的抗壓強度、抗折強度，保持混凝土的和易性。