基于正交試驗(yàn)礦物纖維混凝土性能的研究

李化東

摘 要：作為一種名副其實(shí)的綠色、環(huán)保材料，礦物纖維以其良好的穩(wěn)定性、電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等優(yōu)勢性能，廣泛應(yīng)用于水泥混凝土領(lǐng)域。較鋼纖維、聚丙烯等纖維更具高性價比，將其摻入混凝土可顯著提高混凝土抗彎拉強(qiáng)度和抗裂性能。采用正交試驗(yàn)方法，分析水灰比、纖維摻加量、纖維長度、纖維直徑等因素對混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度的影響。

關(guān)鍵詞：礦物纖維混凝土；正交試驗(yàn)；抗壓強(qiáng)度；抗彎拉強(qiáng)度

中圖分類號：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.引言

近年來，綠色、環(huán)保的建筑材料受到各行各業(yè)的青睞。礦物纖維以其良好的穩(wěn)定性、電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等優(yōu)勢性能，廣泛應(yīng)用于水泥混凝土工程領(lǐng)域中。傳統(tǒng)混凝土存在著抗彎拉強(qiáng)度低、容易開裂等缺點(diǎn)，現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)已對混凝土的抗彎拉強(qiáng)度提出了更高的要求。在普通混凝土中摻入礦物纖維即可提高其力學(xué)強(qiáng)度，又可良好地改善其耐磨和脆性性能。因而，對于纖維混凝土的研究已經(jīng)成為目前水泥混凝土領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

1.正交試驗(yàn)設(shè)計

正交試驗(yàn)設(shè)計是根據(jù)因子設(shè)計的分式原理，采用由組合理論推導(dǎo)的正交表來安排設(shè)計試驗(yàn)，它的優(yōu)點(diǎn)是能在眾多試驗(yàn)方案中優(yōu)選出代表性強(qiáng)的少數(shù)試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，并通過結(jié)果分析推斷出最優(yōu)方案。

1.1原材料試驗(yàn)

水泥采用長春亞泰普通硅酸鹽水泥P·O42.5，其細(xì)度、凝結(jié)時間、安定性、強(qiáng)度等各項(xiàng)性能指標(biāo)均合格；粗集料采用5～25連續(xù)級配石灰?guī)r，各項(xiàng)指標(biāo)合格；細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)為3.1的天然河砂；礦物纖維選用南方某礦物纖維有限公司產(chǎn)品，主要性能見表1；減水劑采用聚羧酸型高效減水劑，摻量為1%。

1.2試驗(yàn)因素和方案選擇

影響水泥混凝土的抗壓、抗彎拉等強(qiáng)度性能的因素眾多，利用正交試驗(yàn)，通過多因素多水平共同作用組合下的礦物纖維水泥混凝土力學(xué)性能分析，確定各因素對混凝土性能的影響情況。本文采用四因素三水平的正交試驗(yàn)方案，對礦物纖維混凝土度性能影響程度進(jìn)行分析。

混凝土目標(biāo)設(shè)計強(qiáng)度等級選擇C40，制備標(biāo)準(zhǔn)尺寸（150mm×150mm×550mm）小梁抗彎拉強(qiáng)度試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)28d后，對試件先進(jìn)行抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)，再繼續(xù)對折斷后混凝土試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。選擇水灰比、纖維摻量、水泥用量、砂率4個影響因素，每個因素對應(yīng)3個水平進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計，各影響因素設(shè)計見表2。

吉林省教育廳十三五科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（ 吉教科合字 [2016] 第537號） 資助。

測定所得礦物纖維混凝土28天齡期時的抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，見表3。

2.正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過對表3、表4中3個水平四因素綜合作用下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對和數(shù)值分析，對于礦物纖維水泥混凝土的抗彎拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度的性能影響程度可從上述試驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論：

（1）在水灰比、纖維摻量、水泥用量、砂率4個影響因素中，礦物纖維摻量對混凝土抗彎拉強(qiáng)度的影響最大，隨著纖維摻量的增加其影響呈現(xiàn)出先增后減的態(tài)勢；水灰比對礦物纖維混凝土的抗彎拉強(qiáng)度的影響也較大，水灰比的越大，抗彎拉強(qiáng)度降低越多。水泥用量和砂率對于礦物纖維混凝土抗彎拉強(qiáng)度都會產(chǎn)生一定程度的影響，但影響程度不是十分明顯。

4個影響因素對于礦物纖維混凝土抗彎拉強(qiáng)度的影響程度順序?yàn)椋豪w維摻量>水灰比>砂率>水泥用量。

（2）在水灰比、纖維摻量、水泥用量、砂率4個影響因素中，水灰比和纖維摻量都會對礦物纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生比較大的影響，將兩者進(jìn)行比較，水灰比的影響程度更加明顯。當(dāng)水灰比不繼增大時，礦物纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度也會出現(xiàn)遞減的態(tài)勢。隨著礦物纖維摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度也會出現(xiàn)先增后減的態(tài)勢。水泥用量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響要大于砂率對抗壓強(qiáng)度的影響程度。

4個影響因素對于礦物纖維混凝土抗壓強(qiáng)度的影響程度順序?yàn)椋核冶?纖維摻量>水泥用量>砂率。

結(jié)語

本文采用正交試驗(yàn)方案設(shè)計，在影響礦物纖維混凝土性能的多種因素中，分析水灰比、纖維摻量、水泥用量和砂率4個影響因素對礦物纖維混凝土性能的影響，通過對所得試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析得出如下結(jié)論：

（1）對于礦物纖維混凝土抗壓強(qiáng)度的影響程度順序?yàn)椋豪w維摻量>水灰比>砂率>水泥用量。

（2）對于礦物纖維混凝土抗彎拉強(qiáng)度的影響程度順序?yàn)椋核冶?纖維摻量>水泥用量>砂率。

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