砂石用量對(duì)玄武巖纖維混凝土力學(xué)性能的影響

魏重陽(yáng)

（北京玄澤新材料科技有限公司，北京 100022）

0 引言

纖維混凝土是將短而細(xì)的分散性纖維均勻地分布在混凝土中而形成的一種新型混凝土，摻入纖維可有效抑制混凝土的早期開裂，改善混凝土的脆性，提高混凝土的抗拉、抗彎折、抗沖擊性能；當(dāng)混凝土出現(xiàn)微細(xì)裂縫后，纖維在裂縫間通過橋接作用，為混凝土提供延展性，見圖1。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)約有2/3的纖維混凝土用于道路工程，另外1/3 的則應(yīng)用于噴射混凝土、預(yù)制構(gòu)件及其他特殊構(gòu)件中[1]。

圖1 纖維混凝土橋接作用示意

玄武巖纖維（basalt fiber）是一種以天然玄武巖拉制的連續(xù)纖維[2]，其生產(chǎn)過程中無其他物質(zhì)介入，是一種新型環(huán)保的無機(jī)高性能纖維。玄武巖纖維不僅強(qiáng)度高，還具有電絕緣、耐高溫、耐腐蝕等多種優(yōu)異性能，將其摻入到混凝土中，能有效地增強(qiáng)其力學(xué)性能[3]，但在實(shí)際應(yīng)用中，僅調(diào)整玄武巖纖維的用量無法起到很好的效果，因此，為進(jìn)一步探究玄武巖纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響規(guī)律[4]，本文以摻加玄武巖纖維后骨料的總量、砂率和石子中細(xì)石所占的比例作為調(diào)整的參數(shù)，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行正交試驗(yàn)，通過檢測(cè)試塊抗壓強(qiáng)度，選出最優(yōu)配合比，為玄武巖纖維混凝土中砂石用量的調(diào)整提供一定的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)研究

1.1 混凝土原材料與配合比

本試驗(yàn)采用P·O42.5水泥、F類Ⅱ級(jí)粉煤灰、細(xì)度模數(shù)為2.6的Ⅱ區(qū)中砂、粒徑為5～10mm的連續(xù)級(jí)配細(xì)石、粒徑為5～20mm的連續(xù)級(jí)配碎石、聚羧酸高性能減水劑、普通自來水?；鶞?zhǔn)混凝土配合比如表1所示。

表1 玄武巖纖維混凝土基準(zhǔn)配合比（單位：kg）

1.2 試驗(yàn)影響因素選擇

為探究骨料總量、砂率和石子中細(xì)石所占的比例對(duì)混凝土性能造成的影響，從而初步獲得摻入玄武巖纖維后骨料體系的調(diào)整趨勢(shì)而設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，驗(yàn)證骨料中各因素對(duì)混凝土性能的影響水平，見表2。

1.3 混凝土配合比計(jì)算

按照表2中的參數(shù)設(shè)計(jì)的配合比見表3。

表2 因素-水平表

表3 混凝土配合比（單位：kg）

1.4 試驗(yàn)方法

玄武巖纖維混凝土抗壓強(qiáng)度試件尺寸為100mm×100mm×100mm，試驗(yàn)按《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2019）[5]進(jìn)行。攪拌時(shí)使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，投料順序?yàn)樯?、石子、水泥、粉煤灰，干料先攪?0s，攪拌均勻后再加入玄武巖纖維，再攪拌30s，最后加入水和外加劑攪拌2min；試件成型后至拆模前置于溫度為20±5℃、相對(duì)濕度大于50%的室內(nèi)，試件拆模后即轉(zhuǎn)入標(biāo)養(yǎng)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

各配合比試塊成型時(shí)，均留置5 組試塊，分別檢測(cè)1d、3d、7d、14d、28d 的抗壓強(qiáng)度，主要分析28d 抗壓強(qiáng)度，混凝土抗壓強(qiáng)度見表4。28d 抗壓強(qiáng)度極差和方差分析見表5、表6。

表4 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度值

表5 28d抗壓強(qiáng)度極差分析

表6 28d強(qiáng)度方差分析

從表5 可以看出，“總?cè)葜亍睂?dǎo)致的極差最大，為2.8MPa；其次是“細(xì)石∶碎石”，為2.3MPa；最小極差為“砂率”引起的，僅0.7MPa。從表6 可以看出，“總?cè)葜亍钡腇值也是最大，且超過了其他兩項(xiàng)之和，但是三個(gè)因素的F 值均未超過F0.2（2,2），因此無法明確判斷各因素的顯著性，僅能判斷“容重”和“細(xì)石∶碎石”在三項(xiàng)因素中屬于較顯著的因素。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了不同設(shè)計(jì)容重、砂率以及細(xì)石在石子中的比例對(duì)玄武巖纖維混凝土強(qiáng)度的影響，并進(jìn)行主次因素的排序，找到最優(yōu)配合比及調(diào)整思路，結(jié)論如下：

（1）玄武巖纖維混凝土抗壓強(qiáng)度按影響效果的顯著程度大小排序?yàn)椋涸O(shè)計(jì)容重＞細(xì)石∶碎石＞砂率；其中設(shè)計(jì)容重在其中的效果最為明顯，且F值高于其他兩者之和。

（2）經(jīng)過驗(yàn)證，各組配比的實(shí)際容重均為2370kg/m3左右，與設(shè)計(jì)容重2400kg/m3有1.25%的誤差，雖然位于2%的誤差范圍內(nèi)，但由于玄武巖纖維的摻入，使得混凝土的工作性和強(qiáng)度都更敏感，因此，保持合理的容重也是保證玄武巖纖維混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。

（3）當(dāng)水泥用量、用水量、粉煤灰用量以及外加劑用量固定為表1中的值時(shí)，綜合判斷最佳設(shè)計(jì)方案為容重2380kg/m3，砂率43%，細(xì)石∶碎石=50∶50；但是混凝土作為多相多組分的材料，屬于比較復(fù)雜的體系，且不具備重復(fù)試驗(yàn)的條件，因此，正交試驗(yàn)僅可篩選主次要影響因素，全面試驗(yàn)才可以找出最佳的混凝土配合比。