玄武巖纖維活性粉末混凝土性能測試及實體工程應用

姜麗娟，姜 帥，呂 翔

(1.中冶交通建設(shè)集團有限公司，北京 100176；2.吉林大學交通學院，吉林 長春 130022)

1 引 言

吉林省地處季凍區(qū)，冬季凍融循環(huán)效應顯著，并且冬季橋梁、道路上常用除冰鹽，凍融循環(huán)和氯鹽侵蝕耦合作用會對此地區(qū)橋梁、道路混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能和力學性能造成很大影響[1-3]。凍融循環(huán)和除冰鹽侵蝕的耦合作用會造成普通混凝土防撞墻表面的混凝土剝落以及防撞墻內(nèi)部鋼筋銹蝕，嚴重影響防撞墻的使用性能，并且后期維修養(yǎng)護的費用也不容忽視。因此，季凍區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)對混凝土材料的耐久性能和力學性能提出了更高的要求。

玄武巖纖維活性粉末混凝土是一種新型的超高性能水泥基復合材料[4]。一方面，玄武巖纖維具有優(yōu)越的力學性能，對各類酸堿性條件都具有良好的抵抗作用[5-7]。另一方面，活性粉末混凝土用毫米級骨料石英砂代替普通混凝土中的粗骨料，消除了普通混凝土的界面過渡區(qū)，優(yōu)化了顆粒級配，提高了均質(zhì)性，控制了內(nèi)部缺陷，大大提高了活性粉末混凝土的力學性能和耐久性能。因此，玄武巖纖維活性粉末混凝土具有超高強度、高耐久性及高溫適應性等特點[8-10]。玄武巖纖維活性粉末混凝土可有效減小結(jié)構(gòu)物的自重，增加跨越能力，在各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中具有廣闊的應用前景。

本文依托吉林省集安至雙遼高速公路項目，將玄武巖纖維活性粉末混凝土應用于某橋梁防撞墻實體工程，通過室內(nèi)試驗，測試了施工用玄武巖纖維活性粉末混凝土的強度和耐久性。依據(jù)施工情況，介紹了玄武巖纖維活性粉末混凝土的施工工藝，總結(jié)了施工過程中出現(xiàn)的問題，提出了相應的改進措施，為玄武巖纖維活性粉末混凝土在實際工程中的應用提供參考。

2 原材料及配合比

玄武巖纖維活性粉末混凝土配制的原材料包括石英砂、石英粉、水泥、硅灰、減水劑、水和玄武巖纖維。石英砂的規(guī)格為20～40目、40～80目、80～120目，將3種規(guī)格的石英砂按照2∶2∶1的比例進行混合，之后分別過0.6mm、0.3mm和0.15mm的方孔篩，將粒度在0.3～0.6mm范圍內(nèi)的石英砂定義為中砂，將粒度在0.15～0.3mm的石英砂定義為細砂。石英砂中砂與細砂質(zhì)量比為1.5。

試驗用石英粉的成分與石英砂成分一致，規(guī)格為400目，含硅量大于98%。石英粉與水泥的質(zhì)量比為0.2。水泥采用吉林省亞泰水泥有限公司生產(chǎn)的P.II 52.5硅酸鹽水泥。硅灰采用吉林省長春司奧科技有限公司生產(chǎn)的SF 92型硅灰。減水劑采用長春市北華建材有限公司生產(chǎn)的減水率為25%的多羧基減水劑，該種減水劑為淡黃色的液體，密度為0.98g/cm3，pH值為7.5。玄武巖纖維采用直徑23μm、長度22mm的短切玄武巖纖維。玄武巖纖維的物理性能如表1所示，玄武巖纖維活性粉末混凝土的配合比見表2。

表1 玄武巖纖維的物理性能

表2 玄武巖纖維活性粉末混凝土配合比(單位：kg/m3)

3 強度和耐久性能測試及試驗結(jié)果

利用準備好的原材料和表2所示的配合比在施工單位的拌合站對玄武巖纖維活性粉末混凝土進行配制，在標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護28天后，進行強度和耐久性能測試。

3.1 抗壓強度與抗折強度

選用天津市美特斯試驗機廠生產(chǎn)的電腦全自動抗壓抗折一體試驗機，依據(jù)《水泥膠砂強度檢驗方法》(GB/T 17671-1999)[11]，對尺寸為160mm×40mm×40mm的玄武巖纖維活性粉末混凝土的抗壓強度和抗折強度進行測試，施工現(xiàn)場澆筑的玄武巖纖維活性粉末混凝土強度試驗結(jié)果如表3所示。

表3 抗壓強度與抗折強度試驗結(jié)果

從表3可以得出，玄武巖纖維活性粉末混凝土的抗壓強度為106MPa，抗折強度為14.8MPa，完全滿足防撞墻實體工程項目施工要求。

3.2 抗凍融循環(huán)性能

選用天津市港源試驗儀器廠生產(chǎn)的凍融循環(huán)試驗機，依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T 50082-2009)[12]中普通混凝土快速凍融方法，對尺寸為100mm×100mm×400mm的玄武巖纖維活性粉末混凝土試件進行凍融循環(huán)試驗，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 質(zhì)量損失率隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律

從圖1可以看出，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，玄武巖纖維活性粉末混凝土的質(zhì)量損失率逐漸增加。當凍融循環(huán)次數(shù)達到800次時，玄武巖纖維活性粉末混凝土的質(zhì)量損失率僅為0.95%。參考普通混凝土抗凍性評定要求，玄武巖纖維活性粉末混凝土在800次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失率仍然滿足質(zhì)量損失率不超過5%的要求，說明玄武巖纖維活性粉末混凝土的抗凍融循環(huán)耐久性能優(yōu)異。

3.3 抗氯離子滲透性能

選用北京數(shù)智意隆儀器有限公司生產(chǎn)的多功能氯離子測定儀，依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T 50082-2009)[12]中電通量試驗方法，對高度為50mm、半徑為50mm的玄武巖纖維活性粉末混凝土圓柱體試件進行電通量測試，電流值隨時間變化規(guī)律如圖2所示。

圖2 電流值隨時間的變化規(guī)律

從圖2可以看出，隨著時間的增加，玄武巖纖維活性粉末混凝土的電流值逐漸增加。通過計算得出，玄武巖纖維活性粉末混凝土在6h內(nèi)的導電量僅為84C，低于100C。參照普通混凝土評定標準，可判定玄武巖纖維活性粉末混凝土的抗氯離子滲透性為不滲透。

3.4 抗碳化性能

選用南方建儀建材儀器有限公司生產(chǎn)的CCB-70型混凝土碳化試驗箱，依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T 50082-2009)[12]中碳化試驗方法，對尺寸為100mm×100mm×100mm玄武巖纖維活性粉末混凝土進行碳化試驗測試。試驗結(jié)果表明，玄武巖纖維活性粉末混凝土經(jīng)歷28天快速碳化后的碳化深度為0mm，可以得出，玄武巖纖維活性粉末混凝土對碳化也具有良好的抵抗作用。

4 實體工程應用

玄武巖纖維活性粉末混凝土具有優(yōu)異的力學性能和耐久性能，適用于季凍區(qū)凍融循環(huán)和除冰鹽侵蝕耦合作用等環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)。為推廣玄武巖纖維活性粉末混凝土在實際工程中的應用，依托吉林省集安至雙遼高速公路老營至石嶺(天德)段項目，選取某橋梁防撞墻開展玄武巖纖維活性粉末混凝土防撞墻實體工程應用研究。

(1)材料及機械設(shè)備準備。玄武巖纖維活性粉末混凝土不同于普通混凝土，其原材料成分較多，各原材料應符合《活性粉末混凝土》(GB/T 31387-2015)[13]要求。在混凝土拌合站，需要配備2個石英砂配料斗、1個水泥筒倉、1個硅灰筒倉、1個石英粉筒倉、1個減水劑倉、1個水倉和1套計算機控制系統(tǒng)，即可實現(xiàn)玄武巖纖維活性粉末混凝土自動化制備。玄武巖纖維用量少，在制備過程中人工添加即可。

(2)拌合制度。在玄武巖纖維活性粉末混凝土拌合過程中，容易出現(xiàn)玄武巖纖維成團現(xiàn)象。因此，玄武巖纖維活性粉末混凝土的拌合，第一步必須先加入石英砂和玄武巖纖維并充分攪拌，依靠石英砂之間的摩擦力使玄武巖纖維均勻分布，避免玄武巖纖維成團現(xiàn)象的出現(xiàn)。第二步加入水泥、硅灰和石英粉并充分攪拌，使膠凝材料和石英砂充分混合，更有利于拌合物成型。第三步加入減水劑和水并充分攪拌至拌合物成型。

(3)澆筑和振搗。玄武巖纖維活性粉末混凝土拌合物呈砂漿狀，流動性好，易澆筑。澆筑后應充分振搗，可使玄武巖纖維活性粉末混凝土拌合物中的氣泡上浮，避免出現(xiàn)蜂窩麻面現(xiàn)象。

(4)靜置、拆模。澆筑完成后，將玄武巖纖維活性粉末混凝土靜置24h，靜置環(huán)境溫度應在10℃以上，相對濕度60%以上，以防止產(chǎn)生干縮裂縫。靜置后拆模。

(5)養(yǎng)護。用土工布覆蓋玄武巖纖維活性粉末混凝土防撞墻后，灑水養(yǎng)護28d。

(6)成型。成型后的玄武巖纖維活性粉末混凝土防撞墻具有優(yōu)異的力學性能和耐久性能，并且表面無蜂窩麻面，泛有水泥光澤，在實體工程中取得了良好的應用效果。

5 結(jié) 論

(1)玄武巖纖維活性粉末混凝土具有優(yōu)異的力學性能，其抗壓強度可達到106MPa，抗折強度可達到14.8MPa。

(2)玄武巖纖維活性粉末混凝土的耐久性能優(yōu)異，在800次凍融循環(huán)時的質(zhì)量損失率僅為0.95%，在6h內(nèi)的導電量僅為84C，在28天快速碳化后的碳化深度為0mm。

(3)玄武巖纖維活性粉末混凝土能夠抵抗凍融循環(huán)、除冰鹽侵蝕和碳化作用等不利因素的影響，適用于季凍區(qū)橋梁和道路工程結(jié)構(gòu)。

(4)玄武巖纖維活性粉末混凝土在防撞墻實際工程中具有良好的應用效果，能夠在實際工程中推廣應用。