玄武巖纖維和乳膠粉對(duì)混凝土力學(xué)性能影響的試驗(yàn)研究

【摘 要】玄武巖纖維+乳膠粉混凝土是一種新型混凝土材料，通過抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉以及彈性模量試驗(yàn)，得出玄武巖纖維最優(yōu)摻量為0.3%；乳膠粉摻量為1.5%時(shí)，除彈性模量有所下降，其他力學(xué)性能指標(biāo)均有所提高。玄武巖纖維+乳膠粉這種新型混凝土有利于提高了混凝土的抗裂能力，尤其對(duì)薄壁構(gòu)件或?qū)沽研阅芤筝^高的結(jié)構(gòu)有參考意義。

【關(guān)鍵詞】玄武巖纖維; 乳膠粉; 混凝土; 力學(xué)性能

【中圖分類號(hào)】TU528.572【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

0 引言

在建筑領(lǐng)域發(fā)展日新月異的今天，尤其是在道路、橋梁、建筑、港口、碼頭、大壩、機(jī)場(chǎng)，以及南極的考察站和海洋的鉆井平臺(tái)等領(lǐng)域，對(duì)混凝土適用性的要求越來越高，為了擴(kuò)大混凝土的應(yīng)用范圍以及提高混凝土的適用性，必須探索出對(duì)混凝土本身脆性大、韌性差等缺陷的改善方法。玄武巖纖維作為21世紀(jì)節(jié)能、環(huán)保、無污染的“綠色工業(yè)材料”，因其在強(qiáng)度、耐高低溫可在-260～700 ℃范圍內(nèi)連續(xù)工作、耐腐蝕、隔熱、隔音等優(yōu)異性能收到國(guó)內(nèi)外各界學(xué)者的高度關(guān)注［1］。為了探究玄武巖纖維與乳膠粉摻入到混凝土中力學(xué)性能的變化，對(duì)玄武巖纖維混凝土和玄武巖纖維+乳膠粉混凝土進(jìn)行抗壓、劈裂抗拉、抗折以及彈性模量等力學(xué)性能試驗(yàn)，以期玄武巖纖維這種新材料可以彌補(bǔ)混凝土本身的一些缺陷。

1 試驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

（1）水泥：采用P.O52.5普通硅酸鹽水泥。

（2）粗骨料：采用5～20 mm的連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量低于0.5%。

（3）細(xì)骨料：天然中粗河砂，含泥量不大于1.5%。

（4）摻合料：成都采用神華四川能源有限公司江油發(fā)電廠I級(jí)粉煤灰和四川雙實(shí)建筑新材料有限公司S95礦渣粉。

（5）減水劑：聚羧酸系高性能減水劑，含固量25%，減水率29%。

（6）可再分散性乳膠粉：可再分散性乳膠粉主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

（7）短切玄武巖纖維：性能指標(biāo)見表2。

（8）水：清潔自來水。

1.2 配合比

混凝土配合比具體見表3，玄武巖纖維體積分?jǐn)?shù)共六種，分別是0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，體積分?jǐn)?shù)換算為對(duì)應(yīng)的質(zhì)量羅列在表3最后一列，考慮在玄武巖纖維最佳體積摻量中加入4種乳膠粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的摻量0.05%、0.10%、0.15%、0.20%，乳膠粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為乳膠粉占總膠凝材料質(zhì)量的百分比?；炷辽a(chǎn)過程中確保其良好的和易性、流動(dòng)性、粘聚性，初始坍落度控制在80～120 mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 玄武巖纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)

采用GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》相應(yīng)試驗(yàn)規(guī)程對(duì)玄武巖纖維混凝土開展試驗(yàn)研究［2］，主要是抗壓、抗折、劈裂抗拉和彈性模量四種力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4，不同纖維摻量下，混凝土拉壓比、折壓比見

圖1和圖2。

（1）試驗(yàn)結(jié)果顯示，玄武巖纖維并未改善混凝土抗壓強(qiáng)度，反而在一定程度上降低了其抗壓強(qiáng)度，混凝土抗壓強(qiáng)度隨著纖維摻量的增加表現(xiàn)出先降低后提高，當(dāng)纖維摻量增至0.3%后再次降低的現(xiàn)象，這表明，玄武巖纖維并不能改善混凝土抗壓強(qiáng)度，反而抑制了其早期強(qiáng)度發(fā)展［3］。

（2）試驗(yàn)結(jié)果顯示，抗折和劈裂抗拉強(qiáng)度均隨纖維摻量的增加先增大后降低，且纖維體積摻量最佳摻量為0.3%?？拐蹚?qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度并沒有持續(xù)增大的原因主要是在超過當(dāng)最優(yōu)纖維摻量時(shí)，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)達(dá)到了最佳密實(shí)度，后續(xù)持續(xù)增加纖維反而會(huì)使得纖維不能被充分量的混凝土包裹，混凝土的密實(shí)度必然會(huì)降低，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋和氣孔，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低［4］。

（3）由于折壓比和拉壓比越大，說明混凝土抗裂性能越好，混凝土柔韌性越大。從圖1和圖2得出，折壓比和拉壓比隨纖維摻量的增加而增大，這表明玄武巖纖維能在一定程度上約束混凝土試件的開裂，一直裂縫的發(fā)展，改善其脆性特征。

（4）摻入的玄武巖纖維量越來越大使得混凝土的彈性模量先提高后降低，在纖維體積摻量為0.2%～0.3%取得最大值。彈性模量先提高后降低主要因開始加入玄武巖纖維，與骨料共同承受能量，減少了混凝土內(nèi)外的應(yīng)力梯度，增強(qiáng)了混凝土抵抗變形的能力，但是過多的的纖維會(huì)拉動(dòng)更多的水泥砂漿，降低混凝土的流動(dòng)性以及和易性，增加混凝土內(nèi)部孔隙率，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)多個(gè)薄弱點(diǎn)，從而降低了混凝土抵抗變形的能力，使得彈性模量下降［5］。

2.2 玄武巖纖維+乳膠粉混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)

上述試驗(yàn)表明，玄武巖纖維最佳體積摻量為0.3%時(shí)混凝土綜合力學(xué)性能最優(yōu)，因此探究玄武巖纖維和乳膠粉復(fù)合對(duì)混凝土力學(xué)性能的作用時(shí)在纖維體積摻量為0.3%的基礎(chǔ)上復(fù)合四種乳膠粉，乳膠粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%、0.10%、0.15%、0.20%，外摻乳膠粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為乳膠粉占總膠凝材料質(zhì)量的百分比，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在摻入玄武巖纖維的混凝土中摻入乳膠粉，能提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，且在乳膠粉摻量為0.15%時(shí)達(dá)到最優(yōu)，當(dāng)乳膠粉超過0.15%后強(qiáng)度開始下降，說明乳膠粉的摻入可以提高混凝土的強(qiáng)度；同時(shí)彈性模量隨著乳膠粉的摻入呈下降趨勢(shì)，表明乳膠粉可以增加混凝土的柔性，提高混凝土抗裂性。

3 結(jié)論

（1）玄武巖纖維并未改善混凝土抗壓強(qiáng)度，但是對(duì)混凝土抗折和劈裂抗拉強(qiáng)度有促進(jìn)和提高作用，且在纖維體積摻量為0.3%時(shí)力學(xué)性能最優(yōu)；折壓比、拉壓比均隨纖維摻量的增加而增大，說明玄武巖纖維降低了混凝土的脆性的同時(shí)提高了其韌性和抗裂性；隨著玄武巖纖維的摻入，混凝土彈性模量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，且在纖維體積摻量為0.2%～0.3%出現(xiàn)峰值。

（2）玄武巖纖維+乳膠粉復(fù)合摻入混凝土中提高了混凝土的抗壓、抗折、劈裂抗拉強(qiáng)度，降低了彈性模量，這說明乳膠粉的摻入對(duì)混凝土強(qiáng)度提高有一定的作用，同時(shí)增加了混凝土的柔性，提高了混凝土的抗裂能力。

（3）玄武巖纖維摻入混凝土中可以明顯改善混凝土的力學(xué)性能，值得推廣和應(yīng)用，研究學(xué)者以及工程人士應(yīng)協(xié)力拓寬其在工程中的研究和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

［1］ 趙亮.玄武巖纖維對(duì)水泥基材料力學(xué)性能的影響［J］.混凝土與水泥制品，2012（9）：46.

［2］ 普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)： GB/T50081-2002［S］.

［3］ 張?zhí)m芳，尹玉龍，劉晶偉，等.玄武巖纖維增強(qiáng)混凝土力學(xué)性能的研究［J］.硅酸鹽通報(bào)，2014，33（11）：2834-2837.

［4］ 趙鵬飛，畢巧巍，楊兆鵬.混雜粗纖維輕骨料混凝土的力學(xué)性能及耐久性的試驗(yàn)研究［J］.硅酸鹽通報(bào)，2008，27（2）：852-856.

［5］ 廉杰，楊勇新，楊萌，等.短且玄武巖纖維增強(qiáng)混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究［J］.工業(yè)建筑，2007，37（6）：8-10.

［基金項(xiàng)目］玄武巖纖維混凝土軌道板開發(fā)技術(shù)研究（項(xiàng)目編號(hào)：2018-03-01A）

［作者簡(jiǎn)介］李曉靜（1988—），女，碩士，工程師，主要從事軌道交通科技管理工作。