摻聚丙烯纖維補償收縮混凝土抗?jié)B性能研究

范靈芝 吳殿鵬

摘要：摻聚丙烯纖維的補償收縮混凝土被廣泛應(yīng)用于各類工程。本文對摻聚丙烯纖維補償收縮混凝土抗?jié)B性能進行了研究。本次試驗通過正交試驗方法，采用三因素（UEA、MgO、聚丙烯纖維）三水平正交表設(shè)計試驗，測定了不同配合比的補償收縮混凝土28天齡期的抗?jié)B性。經(jīng)過對試驗結(jié)果進行極差分析和方差分析后發(fā)現(xiàn)：摻入UEA、聚丙烯纖維、MgO任一者或多者以后，明顯降低了補償收縮混凝土的相對滲透系數(shù)，即提高了其抗?jié)B性；實驗證明所選三個因素對補償收縮混凝土抗?jié)B性影響的主次順序依次為：聚丙烯纖維、UEA、MgO；同時得出參入混凝土的UEA、MgO、聚丙烯纖最優(yōu)組合；聚丙烯纖維摻量為補償收縮混凝土抗?jié)B性的顯著影響因素。

關(guān)鍵詞：補償收縮混凝土；抗?jié)B性；正交試驗

引言

混凝土具有悠久的發(fā)展史，且造價較低廉，原材料易得，能耗低。由膠凝材料將集料膠結(jié)成的整體，在混凝土中摻入適量膨脹水泥或膨脹劑的混凝土稱為補償收縮混凝土。補償收縮混凝土除了具有普通混凝土所具有的高抗壓性能，廣范圍的強度等級，好的耐用性，簡單的生產(chǎn)工藝，低廉的造價，豐富的材料來源等優(yōu)點外，還具有在凝結(jié)時膨脹受到約束產(chǎn)生的壓應(yīng)力，能大致地抵消由于干縮而出現(xiàn)的拉應(yīng)力的獨特性能。聚丙烯纖維被稱為混凝土中的“次要增強筋”，聚丙烯短纖維能夠有效的阻止混凝土裂縫的產(chǎn)生、提高混凝土的抗沖擊、抗折、抗疲勞、抗震性能、提高混凝土的抗?jié)B透性能、改善混凝土的耐久性和抗老化性、提高混凝土的抗凍融性能、提高混凝土的耐火性能。

本次試驗即是針對聚丙烯纖維補償收縮混凝土的收縮、抗裂性能進行的研究。通過試驗分析聚丙烯纖維補償收縮混凝土的抗?jié)B性與各因素之間的關(guān)系，找到各因素之間的最優(yōu)組合，為以后的工程實踐提供參考。

1 試驗

1.1試驗參數(shù)的確定

通過試驗，研究不同摻量UEA、MgO、聚丙烯纖維及固定摻量摻入粉煤灰的混凝土的抗?jié)B性和力學(xué)性能。根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算不同條件下混凝土的相對滲透系數(shù)，找到UEA、MgO、聚丙烯纖維與相對滲透系數(shù)之間的關(guān)系；再通過方差分析，確定影響補償收縮混凝土的顯著因素并確定最優(yōu)組合。

1.2試驗設(shè)計

根據(jù)三因素三水平正交組合設(shè)計安排9組試驗點用于測定補償收縮混凝土的相對滲透系數(shù)，每組3個試件，共27個試件。試驗因素水平見表1。

由表2，圖1可知：

（1）本實驗中所選三個因素對補償收縮混凝土抗?jié)B性影響的主次順序依次為：聚丙烯纖維（因素B）、UEA（因素A）、MgO（因素C）。

（2）摻入UEA以后，明顯降低了補償收縮混凝土的相對滲透系數(shù)，即提高了其抗?jié)B性。UEA摻量從0到10%變化時，相對滲透系數(shù)從到，降低50%，平均每增加5%的UEA摻量，相對滲透系數(shù)降低25%。UEA摻量在10%～15%變化時，相對滲透系數(shù)降低幅度減小，且隨著摻量的增大有所提高。

（3）摻入聚丙烯纖維以后，補償收縮混凝土的相對滲透系數(shù)明顯降低。聚丙烯纖維摻量在0.4～0.9kg/m3范圍內(nèi)時，從圖3-1（b）中可以看出，相對滲透系數(shù)為一條直線，即基本不受摻量變化的影響。摻量從0.9kg/m3增大到1.4kg/m3時，相對滲透系數(shù)明顯減低。

（4）從圖3-1（c）可以看出，摻入MgO后，混凝土的相對滲透系數(shù)明顯減小，摻入4%MgO的混凝土相對滲透系數(shù)降低了54%，隨著MgO摻量的增加，混凝土的抗?jié)B性越來越好。但摻量在2%～3%時有所波動。

2.2方差分析

方差分析表明：聚丙烯纖維摻量為補償收縮混凝土抗?jié)B性的顯著影響因素。按方差分析的觀點，只需要對有顯著影響的因素選取最佳水平，而對試驗結(jié)果影響較小的可根據(jù)實際工程需要選取。在本試驗中，指標(biāo)越小越好，對因素B分析，確定最優(yōu)水平為B3，即聚丙烯摻量為1.4kg/m3。因素A和因素C水平改變對實驗結(jié)果幾乎無影響，直接參照極差分析確定A1和C2。最優(yōu)水平組合為A1B3C1。即UEA摻量為7%，聚丙烯纖維摻量為1.4kg/m3，MgO摻量為2%。

3 結(jié)論

（1）本實驗中所選三個因素對補償收縮混凝土抗?jié)B性影響的主次順序依次為：聚丙烯纖維（因素B）、UEA（因素A）、MgO（因素C）。

（2）摻入UEA以后，明顯降低了補償收縮混凝土的相對滲透系數(shù)，即提高了其抗?jié)B性。UEA摻量從0到10%變化時，，降低50%，平均每增加5%的UEA摻量，相對滲透系數(shù)降低25%。UEA摻量在10%～15%變化時，相對滲透系數(shù)降低幅度減小，且隨著摻量的增大有所提高。

（3）摻入聚丙烯纖維以后，補償收縮混凝土的相對滲透系數(shù)明顯降低。聚丙烯纖維摻量在0.4～0.9kg/m3范圍內(nèi)時，基本不受摻量變化的影響。摻量從0.9kg/m3增大到1.4kg/m3時，相對滲透系數(shù)明顯減低。

（4）摻入MgO后，混凝土的相對滲透系數(shù)明顯減小，隨著MgO摻量的增加，混凝土的抗?jié)B性越來越好。但摻量在2%～3%時有所波動。

（5）最優(yōu)組合：UEA摻量為7%，聚丙烯纖維摻量為1.4kg/m3，MgO摻量為2%，即（A1B3C2）

參考文獻：

[1]布拉姆.計算混凝土強度的水灰比[R].1918

[2]S. Brunauer，L. E. Copeland.科學(xué)的美國人[N]，1964

[3]趙順增.補償收縮混凝土的基本性能[R].北京：中國建筑材料科學(xué)研究總院綠色建材國家重點實驗室，2009：52-60