玄武巖纖維混凝土早期抗裂試驗(yàn)研究

梁建軍

（山西鋼建鼎元混凝土制品有限公司，山西 太原 030041）

玄武巖纖維混凝土早期抗裂試驗(yàn)研究

梁建軍

（山西鋼建鼎元混凝土制品有限公司，山西 太原 030041）

本文將素混凝土與玄武巖纖維混凝土，以及普通鋼筋混凝土與玄武巖纖維鋼筋混凝土的早期抗裂性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明在混凝土中摻入玄武巖纖維可以提高混凝土的韌性，抑制混凝土的收縮，減少裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土的耐久性。

玄武巖纖維混凝土；早期抗裂性；耐久性

0 引言

最近幾年來(lái)，隨著太原市快速路的建設(shè)以及河道改造治理工程的發(fā)展，對(duì)纖維增強(qiáng)混凝土的需求越來(lái)越多，筆者所在公司對(duì)此領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展了大量的研究與部分應(yīng)用，而“綠色混凝土”也代表了混凝土的最新發(fā)展趨勢(shì)，玄武巖纖維（以下簡(jiǎn)稱纖維）作為一種新型無(wú)機(jī)纖維材料，因其具有良好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在混凝土中作為增韌材料，能夠起到抑制混凝土的收縮，提高混凝土耐久性的作用。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

本次共進(jìn)行兩組試驗(yàn)，分別對(duì)比素混凝土與纖維混凝土以及普通鋼筋混凝土與纖維鋼筋混凝土的早期抗裂性能，研究在實(shí)際生產(chǎn)條件下，纖維混凝土的早期抗裂性能，以更好地為玄武巖纖維混凝土制品的實(shí)際生產(chǎn)、施工做準(zhǔn)備。

2 試驗(yàn)原材料

2.1 機(jī)制砂

砂篩分析試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 1，符合Ⅱ區(qū)砂的規(guī)定，砂的細(xì)度模數(shù)為 2.9，屬于中砂。

表 1 機(jī)制砂級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果

2.2 碎石

所采用的碎石為連續(xù)級(jí)配 5～25mm，其篩分分析結(jié)果見(jiàn)表 2。

表 2 碎石級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果

2.3 水泥

采用山西雙良鼎新水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽 42.5級(jí)的水泥，3 天抗壓強(qiáng)度 24.3MPa，28 天抗壓強(qiáng)度52.4MPa。

2.4 粉煤灰

太原大唐第二熱電廠生產(chǎn)的 Ⅱ級(jí)灰，燒失量為4.3%，需水量比為 98%。

2.5 礦渣粉

礦渣粉為山西太鋼不銹鋼股份有限公司生產(chǎn)的，S95 級(jí)，28d 活性指數(shù) 101.2%。

2.6 減水劑

減水劑為山西晉運(yùn)豐建材有限公司生產(chǎn)的 JYF 聚羧酸高性能減水劑，為提高試驗(yàn)效率不添加緩凝成分。JYF 型減水劑固體含量 23.5%，減水率 32%。

2.7 玄武巖纖維

采用山西晉投玄武巖開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的短切玄武巖纖維，200 絲 18mm（單絲直徑 15μm），外觀如圖 1所示。纖維規(guī)格見(jiàn)表 3。

圖 1 玄武巖纖維外觀

表 3 試驗(yàn)用纖維規(guī)格

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C40，坍落度設(shè)計(jì)值為(180±20)mm。由于纖維摻量較小，對(duì)坍落度影響不大，故纖維混凝土減水劑摻量與素混凝土保持一致，不另做調(diào)整。素混凝土與玄武巖纖維混凝土的配合比材料用量見(jiàn)表 4。

表 4 混凝土基本材料用量 kg/m3

4 混凝土試件的制作過(guò)程

試件制作符合 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)規(guī)定，混凝土試配時(shí)采用 60L 強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，為了避免在攪拌過(guò)程中纖維產(chǎn)生“抱團(tuán)”的現(xiàn)象，先將纖維、細(xì)骨料干拌 30s，再放入水泥、粗骨料、水、外加劑等其他材料，當(dāng)全部投完畢后，再攪拌 120s。

5 混凝土工作性能試驗(yàn)

試件各組編號(hào)及坍落度情況見(jiàn)表 5，坍落度試驗(yàn)結(jié)果如圖 2、圖 3。

表 5 素混凝土及纖維混凝土試件編號(hào)及坍落度情況

從表 5 的坍落度結(jié)果來(lái)看，摻纖維的混凝土坍落度比不摻的略低一點(diǎn)，這是由于纖維的比表面積大，且表面積粗糙，從而增大了拌合物流動(dòng)時(shí)的相對(duì)摩擦力，不過(guò)總體影響不大。

圖 2 素混凝土坍落度

圖 3 纖維混凝土坍落度

6 混凝土的早期抗裂試驗(yàn)

根據(jù) CECS 13∶2009《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》混凝土的早期抗裂試驗(yàn)規(guī)定，本次試驗(yàn)采用尺寸為600mm×600mm×63mm 的平面薄板型試件。通過(guò)廣泛搜集資料、征集試驗(yàn)方法和經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)將剛成型的試件直接暴露在強(qiáng)光下，試驗(yàn)效果會(huì)更為顯著。因此本次試驗(yàn)采用在試件成型后，立即用碘鎢燈照射的方法促使混凝土失水開(kāi)裂。試驗(yàn)采用北京智聯(lián)博裂縫綜合測(cè)試儀（ZLB-F800）與鋼尺進(jìn)行裂縫寬度與長(zhǎng)度的測(cè)量。

6.1 素混凝土與纖維混凝土對(duì)比試驗(yàn)

本組試驗(yàn)共需四塊平面薄板試件（兩塊素混凝土試件與兩塊纖維混凝土試件）。試件澆筑、振實(shí)、抹平后立即開(kāi)始暴露試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中不允許二次收面，每塊試件頂面向上 460mm 處設(shè)置 4 個(gè)碘鎢燈（每個(gè)功率為 500W），試驗(yàn)過(guò)程中時(shí)刻關(guān)注碘鎢燈的使用情況，一旦損壞立即更換，確保試件表面均勻持續(xù)照射 8h，本次試驗(yàn)可保證混凝土試件的表面最高溫度為60～65℃。試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)觀測(cè)試件初裂時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)觀測(cè)裂縫的數(shù)量、長(zhǎng)度與寬度，試驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)圖 4、圖 5。

圖 4 J0# 與 J12# 光照試驗(yàn)

圖 5 混凝土初裂狀態(tài)

6.2 普通鋼筋混凝土與纖維鋼筋混凝土對(duì)比試驗(yàn)

在實(shí)際工程中，混凝土構(gòu)件大多采用鋼筋混凝土，因此在未配筋混凝土抗裂性能的研究成果基礎(chǔ)上研究纖維對(duì)鋼筋混凝土抗裂性能的影響很有必要。因此，本組試驗(yàn)在平板試件中加入 R235Φ8@100mm 的雙向鋼筋網(wǎng)片，上層鋼筋保護(hù)層厚度為 28mm。

本組試驗(yàn)也需四塊平面薄板試件（兩塊普通鋼筋混凝土試件與兩塊纖維鋼筋混凝土試件），試件成型方法與 6.1 相同。由于鋼筋對(duì)裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展具有限制作用，為了使試件開(kāi)裂更加明顯，以加強(qiáng)試驗(yàn)對(duì)比效果，因此將碘鎢燈位置向下調(diào)整，每塊試件頂面向上380mm 處設(shè)置 4 個(gè)碘鎢燈（每個(gè)功率為 500W），這樣可保證混凝土試件的表面最高溫度為 85～90℃。試驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)試件初裂時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)束后觀測(cè)裂縫的數(shù)量、長(zhǎng)度與寬度。

7 早期抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果

（1）素混凝土與纖維混凝土早期抗裂性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 6，裂縫對(duì)比效果見(jiàn)圖 6。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻入纖維后混凝土表面裂縫的數(shù)量與寬度明顯降低。

表 6 素混凝土與玄武巖纖維混凝土早齡期抗裂性對(duì)比表

圖 6 對(duì)比試驗(yàn)裂縫分布情況

（2）普通鋼筋混凝土與纖維鋼筋混凝土早期抗裂性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 7，裂縫對(duì)比效果見(jiàn)圖 7。

圖 7 鋼筋混凝土試驗(yàn)裂縫分布情況

表 7 鋼筋混凝土早齡期抗裂性對(duì)比表

由于鋼筋混凝土與纖維鋼筋混凝土早期抗裂性對(duì)比試驗(yàn)的碘鎢燈高度更低，混凝土試件的表面溫度更高，因此混凝土的初裂時(shí)間更短。由于鋼筋對(duì)裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展起到限制作用，鋼筋混凝土的裂縫寬度與裂縫面積均小于無(wú)鋼筋網(wǎng)的素混凝土。每立方米鋼筋混凝土摻加3kg 纖維后，纖維鋼筋混凝土表面幾乎沒(méi)有裂縫。

8 結(jié)論

（1）素混凝土摻與不摻纖維，從早期抗裂性對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看：纖維的加入可以顯著提高混凝土的早期抗裂性，裂縫降低系數(shù)可以達(dá)到 89.6%。

（2）鋼筋混凝土摻與不摻纖維，從早期抗裂性對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看：鋼筋混凝土表面幾乎沒(méi)有裂縫，裂縫降低系數(shù)可以達(dá)到 90.3%。

[1] 吳釗賢， 袁海慶，盧哲安，等．玄武巖纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J]．混凝土，2009(09)∶ 67-68．

[2] 常洪雷，金祖權(quán)，李允偉，等．纖維增強(qiáng)混凝土早期抗裂性能研究[J]．混凝土與水泥制品，2013(2)∶ 44-46．

[3] 彭苗，冀浩雄，廖清河，等．玄武巖纖維混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J]．混凝土，2012(01)∶ 74-75．

[4] GB/T 50080—2016．普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[5] GB/T 50081—2002．普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

［通訊地址］山西省太原市尖草坪區(qū)柏板鄉(xiāng)鎮(zhèn)城村（030041）

梁建軍（1974—），男，山西鋼建鼎元混凝土制品有限公司總工。