玄武巖纖維與聚丙烯纖維混雜活性粉末混凝土抗?jié)B性能研究

王 艷

（山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041051）

0 引言

近年來，對混凝土的研究越來越細(xì)化，以纖維混凝土和高強(qiáng)混凝土為代表的新型混凝土技術(shù)得到了長足發(fā)展。在此基礎(chǔ)之上出現(xiàn)的活性粉末混凝土是以上兩者的有機(jī)結(jié)合[1]?；钚苑勰┗炷辆哂忻軐?shí)度高、力學(xué)強(qiáng)度高，抗?jié)B性及超長使用壽命的特點(diǎn)，在橋隧工程中應(yīng)用越來越多，具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值。不過，活性粉末混凝土材料造價(jià)偏高，其主要原材料硅灰的價(jià)格在3 000元/t左右，加之我國硅灰資源匱乏，在一定程度上限制了活性粉末混凝土的推廣。且在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，由于氯離子的存在和除雪化冰融雪劑的大量使用，常用的活性粉末混凝土中添加的鋼纖維極易銹蝕，對活性粉末混凝土的耐久性和力學(xué)強(qiáng)度存在影響[2-3]，找尋鋼纖維的代替材料一直是工程研究的熱點(diǎn)。玄武巖纖維因其密度小、耐酸堿的特性成為主要的替代物質(zhì)。聚丙烯纖維具有模量低、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，且與高模量的玄武巖纖維配合使用在力學(xué)性能上具有協(xié)同作用，目前被大量研究。

因此，本文利用玄武巖纖維與聚丙烯纖維替代鋼纖維制備混雜纖維活性粉末混凝土，并研究其抗?jié)B透性能。通過混凝土氯離子電通量實(shí)驗(yàn)反映混雜纖維活性粉末混凝土的耐久性。

1 主要原材料

1.1 玄武巖纖維

本實(shí)驗(yàn)玄武巖纖維由山西晉投玄武巖開發(fā)有限公司提供，具有較高的抗拉強(qiáng)度，能顯著提高混凝土成型后的強(qiáng)度和韌性，起到類似橋加固的效果。具體技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 玄武巖纖維技術(shù)指標(biāo)

1.2 聚丙烯纖維

本實(shí)驗(yàn)丙烯纖維由山東濱州魯峰網(wǎng)業(yè)有限公司提供，聚丙烯纖維模量較低、彈性好、耐磨、耐腐蝕，在混凝土硬化中起到約束作用，與玄武巖纖維起到性能互補(bǔ)的作用。在應(yīng)用過程中，聚丙烯纖維較不易拌合，所用時(shí)間較長，且易團(tuán)聚，具體技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 聚丙烯纖維技術(shù)指標(biāo)

1.3 硅灰

硅灰又名微硅粉，是發(fā)電產(chǎn)生的副產(chǎn)物，他的直徑非常微小，能很好地填充水泥之間的縫隙，使得整個結(jié)構(gòu)密實(shí)。同時(shí)硅灰能與水泥中的水化物發(fā)生二次凝膠，促進(jìn)其中水化物的數(shù)量，從而使得混凝土內(nèi)部界面提高。本文采用的是武漢紐瑞琪新材料有限公司制備的硅灰。指標(biāo)見表3。

表3 硅灰主要技術(shù)指標(biāo)

2 混雜纖維活性粉末混凝土滲透性能的評價(jià)指標(biāo)

本文采用電通量法測試混雜纖維活性粉末混凝土的抗?jié)B性，采用混凝土智能真空飽水機(jī)飽水后，采用混凝土電通量儀測定電通量和混雜纖維活性粉末混凝土的滲透性能。具體的評價(jià)指標(biāo)見表4。

表4 混凝土電通量評價(jià)指標(biāo)

3 實(shí)驗(yàn)配合比

按照表5的配比分別制備電通量試件，后切割試件尺寸至φ100×50 mm。將試件放入真空保水劑進(jìn)行飽水，后測定各個時(shí)間的360′的電通量。分別測定玄武巖纖維、聚丙烯纖維和混雜玄武巖纖維、聚丙烯纖維在不同纖維變量下的的抗?jié)B性能。

表5 混雜纖維抗?jié)B性能材料配合比 g

4 結(jié)果與討論

4.1 單摻玄武巖纖維混凝土試件電通量

圖1是表5中編號5～8試件和編號13未摻纖維空白樣試件的電通量測試結(jié)果圖，從圖1中看出，摻加玄武巖纖維的粉末混凝土的電通量試驗(yàn)數(shù)據(jù)隨時(shí)間在逐漸增長，到6 h時(shí)達(dá)到最大值。對比幾組試驗(yàn)的測試結(jié)果，當(dāng)玄武巖纖維摻量升高時(shí)，隨著纖維總量的增加，纖維在混凝土內(nèi)部分布排列的更加均勻，整體更加密實(shí)，可有效減少水化過程中因應(yīng)力集中而出現(xiàn)的混凝土集體內(nèi)部缺陷，較少滲水通道，從而提高混凝土集體的抗?jié)B透性能。但當(dāng)玄武巖纖維摻量大于4 kg/m3時(shí)，其電通量上升，抗?jié)B透性降低。后經(jīng)切樣分析發(fā)現(xiàn)是玄武巖纖維在整個試塊中易分布不均勻，發(fā)生聚集，尤其是在表面的聚集，形成新的滲透界面，纖維在試件中沒有起到應(yīng)有的作用。

圖1 單摻玄武巖纖維混凝土的電通量

4.2 單摻聚丙烯纖維混凝土試件電通量

圖2 單摻聚丙烯纖維混凝土的電通量

圖2是表5中編號9～12試件和編號13未摻纖維空白樣試件的電通量測試結(jié)果圖，從圖2中看出，摻加聚丙烯纖維的粉末混凝土的電通量試驗(yàn)數(shù)據(jù)隨時(shí)間在逐漸增長，且增加的幅度整體比較均衡，離散較小?；炷猎嚰碾娡侩S著纖維含量的增加而逐漸降低，當(dāng)摻量最大達(dá)0.8 kg/m3時(shí)，電通量最低，抗?jié)B透性能最好。對比未摻加聚丙烯纖維的空白樣，發(fā)現(xiàn)空白樣試件的電通量值最大，抗?jié)B透性能最差。因聚丙烯纖維單體較輕，同等質(zhì)量下較玄武巖纖維數(shù)量更多，且其彈性模量相對較低，摻量最大時(shí)，聚丙烯纖維能有效分布在試件基體中，提高滲透性能，滲水路徑減少。

對比以上兩種纖維，玄武巖纖維密度較聚丙烯纖維密度更大，相同重量下的玄武巖纖維體積是聚丙烯纖維體積的10%。對于混凝土的電通量測試來說，當(dāng)電通量低于50時(shí)，混凝土的氯離子滲透性基本可以忽略，對比單摻兩種纖維的電通量測試結(jié)果。在相同體積摻量下，單摻玄武巖纖維的混凝土電通量更低，在增加混凝土密實(shí)性，降低氯離子通透性上玄武巖纖維較聚丙烯纖維起主要作用。

4.3 混雜纖維混凝土試件電通量

以玄武巖纖維摻量的最佳值4 kg/m3為固定值，以聚丙烯纖維為變量，測定混摻玄武巖纖維和聚丙烯纖維的滲透效果，結(jié)合表5中編號1～4試件和整合電通量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到圖3。

圖3 混雜纖維電通量

從圖3可以看出，各個混凝土試件基體的電通量均呈現(xiàn)一個隨時(shí)間遞增的態(tài)勢，在達(dá)到6 h時(shí)達(dá)到最大值。其中聚丙烯纖維摻量為0 kg/m3時(shí)，電通量較高，當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0.6 kg/m3時(shí)，電通量達(dá)到最小值，聚丙烯纖維摻量繼續(xù)增加，其電通量隨之增加。造成這種現(xiàn)象的原因是兩種纖維的粒徑和模量不同，玄武巖纖維較之聚丙烯纖維其粒徑更細(xì)微，在基體中抗?jié)B透性能更好。在固定玄武巖纖維的情況下，增加聚丙烯纖維的體積摻量，因表面能不同、粒徑不同，混凝土?xí)r間基體的密實(shí)性增加，試件基體電通量逐漸下降。當(dāng)聚丙烯纖維總量達(dá)到0.6 kg/m3，基體內(nèi)纖維總量的分布效果最好。繼續(xù)增加聚丙烯纖維總量，由于單位體積內(nèi)的纖維超過其總量最佳臨界值，低彈性模量聚丙烯纖維易與玄武巖纖維發(fā)生纏繞、雜亂、團(tuán)聚的現(xiàn)象，難于攪拌均勻，造成混凝土試件表面存在較多危險(xiǎn)界面，提高微裂紋出現(xiàn)的可能性，為水的滲透提供了新通道，從而導(dǎo)致電通量上升。

5 總結(jié)

摻加玄武巖纖維或是聚丙烯纖維的活性粉末混凝土，其抗氯離子滲透性都優(yōu)于普通活性粉末混凝土，且以混雜纖維活性粉末混凝土的抗氯離子滲透性最強(qiáng)。玄武巖纖維與聚丙烯纖維混雜的活性粉末混凝土其抗?jié)B性能主要由玄武巖纖維摻量決定，兩種纖維混雜其抗?jié)B透性整體上呈現(xiàn)變強(qiáng)的趨勢，但纖維含量均會出現(xiàn)混凝土內(nèi)部纖維分布不均勻，易在混凝土表面出現(xiàn)新的危險(xiǎn)界面，提高微裂紋出現(xiàn)的可能性，為水的滲透提供了新通道，從而又導(dǎo)致電通量上升。