劍麻纖維增強珊瑚混凝土抗拉性能研究★

鄧雪蓮　劉存鵬　陳宜虎

(1.桂林理工大學博文管理學院土木與工程學院，廣西 桂林　541004；　2.桂林理工大學分校土建學院，廣西 南寧　530000)

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劍麻纖維增強珊瑚混凝土抗拉性能研究★

鄧雪蓮1劉存鵬2*陳宜虎1

(1.桂林理工大學博文管理學院土木與工程學院，廣西 桂林541004；2.桂林理工大學分校土建學院，廣西 南寧530000)

研究了珊瑚混凝土水灰比為0.4，劍麻纖維摻量分別為0 kg/m3，1.5 kg/m3，3 kg/m3，4.5 kg/m3和6 kg/m3時，試塊在3 d，7 d，14 d，21 d，28 d時的立方體抗壓強度和劈裂抗拉強度。試驗結果表明當劍麻纖維摻量為3 kg/m3時，珊瑚混凝土試塊的劈裂抗拉強度提高幅度最大。

劍麻纖維，珊瑚混凝土，水泥砂漿，抗拉性能

在我國海洋周邊進行基礎土木建設時，用珊瑚礁砂作為粗骨料代替混凝土中的碎石，能夠大大降低運輸過程中的時間成本和經濟成本。研究一種新型的珊瑚混凝土對我國海洋周邊建設具有重要的意義。珊瑚骨料輕質多孔的特點限制了珊瑚混凝土的各項力學性能，向其中添加價格低廉易得的劍麻纖維，研究其改良后的力學性能。本文主要研究劍麻纖維珊瑚混凝土的抗拉性能。

1　試驗設計

1)試驗原材料。水泥：本試驗的水泥采用P.O42.5R級廣西柳州的海螺牌水泥。粗骨料：珊瑚砂，形狀有條狀和塊狀，條狀珊瑚砂長約4 cm～6 cm，直徑2 cm左右；塊狀珊瑚砂長寬約3 cm～4 cm，直徑2 cm左右(見圖1)。細骨料：普通天然河砂，中砂。海水：按照海水成分的比例用海鹽配制而成。劍麻纖維：長度3 cm左右(見圖2)。珊瑚骨料的主要物理性能指標見表1，劍麻纖維力學性能見表2。

表1　珊瑚骨料的主要物理性能指標

表2　劍麻纖維力學性能

密度斷裂伸長率抗拉強度楊氏模量1.483.0～5500～70013～26

2)試驗配合比。按照JGJ 91—2002輕集料混凝土技術規(guī)程里的要求設計配合比。首先確定水灰比為0.4，劍麻纖維含量分別為0 kg/m3，1.5 kg/m3，3 kg/m3，4.5 kg/m3和6 kg/m3，劍麻纖維珊瑚混凝土配合比如表3所示。

表3　劍麻纖維珊瑚混凝土配合比

3)試驗步驟。a.珊瑚混凝土的劈裂抗拉試驗方法參照GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法,用表3中的混凝土配合比來制作劍麻纖維珊瑚混凝土試塊，本試驗的試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，考慮到劈裂抗拉強度隨齡期增長的關系，本試驗的齡期設置為3 d,7 d,14 d,21 d,28 d，因此同一劍麻纖維含量的珊瑚混凝土成型15個試塊。b.劍麻纖維在加入攪拌機攪拌的時候很容易打結，從而影響劍麻纖維在珊瑚混凝土中的分散性，影響劈裂抗拉的試驗結果。試驗下料的時候將珊瑚砂骨料和河沙先放進攪拌機攪拌，然后采取人工分散的方法加入劍麻纖維，利用粗細骨料和劍麻纖維之間的摩擦讓劍麻纖維均勻地分散，接著加入1/2計算好的凈海水量，攪拌1 min后，加入剩余的水和水泥，攪拌2 min后澆筑。c.在溫度為20 ℃±2 ℃、濕度為95%以上的標準條件下養(yǎng)護，相應的齡期測定試塊的劈裂抗拉強度。

2　試驗結果與分析

1)劍麻纖維珊瑚混凝土劈裂抗拉試驗結果(見圖3)。從圖3可以看出，隨著劍麻纖維含量的增加，劍麻纖維珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度先增大后減小。當劍麻纖維含量為3 kg/m3時，劍麻纖維珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度增長的最為明顯，當劍麻纖維含量增加到4.5 kg/m3和6.0 kg/m3時，劍麻纖維珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度增長并不明顯，反而隨著纖維摻量增加珊瑚混凝土的強度呈下降趨勢。由此得出，劍麻纖維的含量并不是越高越能增強劍麻纖維珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度。這是因為，當劍麻纖維含量超過一個最優(yōu)含量時，劍麻纖維在珊瑚混凝土中不容易散開，劍麻纖維打結擰巴成一團一團，這樣形態(tài)的劍麻纖維在珊瑚混凝土中會降低砂漿之間的粘結力，從而降低了劍麻纖維珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度。而當劍麻纖維含量在最優(yōu)含量之內時，劍麻纖維能夠很好地分散在珊瑚混凝土中，當混凝土凝結硬化之后，劍麻纖維就像許多根細小的纖維筋拉結著珊瑚混凝土的砂漿，有些劍麻纖維甚至能夠嵌入珊瑚骨料的空隙，起到更好的拉結作用，因此適量的劍麻纖維能夠增強珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度。

2)破壞過程分析。加載初期，劍麻纖維珊瑚混凝土試塊并沒有出現(xiàn)裂紋，荷載以一定的速率增長，試塊在中央的大致位置出現(xiàn)豎向裂縫，接著裂縫向上下兩個墊條發(fā)展并伴隨著許多細小的裂紋，中間主裂紋逐漸擴大，直到劍麻纖維珊瑚混凝土試塊被劈壞。比較添加劍麻纖維的試塊和不添加劍麻纖維的試塊在劈裂抗拉破壞過程中的差異，發(fā)現(xiàn)添加劍麻纖維的試塊在劈裂過程中主裂紋的

發(fā)展相對緩慢，次裂紋多而且細小。這是因為添加了劍麻纖維，劍麻纖維在試塊劈裂抗拉過程中起到了良好的阻裂作用。大量的劍麻纖維分布在珊瑚混凝土試塊中對砂漿有良好的拉結作用，從而在一定程度上提高了珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度。

3)實驗結果分析。添加適量的劍麻纖維能夠增強珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度。由本次實驗數(shù)據(jù)得出當劍麻纖維的摻量為3 kg/m3時，珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度最高最明顯，這是因為劍麻纖維的添加能在一定程度上產生阻裂增強作用，對裂紋的產生和發(fā)展也有一定的約束作用。珊瑚骨料屬于多孔疏松材料，表面和內部都存在著大量孔洞，澆筑成型的珊瑚混凝土試塊內部本身就有不同程度的細微裂縫和孔隙缺陷存在，在施加荷載的過程中，珊瑚混凝土內部孔隙和缺陷部位產生應力集中，從而引起裂縫的擴展，直至試塊破壞。但是添加劍麻纖維之后就能減少裂縫的數(shù)量和縮減裂縫的尺寸，使裂縫尖端的應力集中得到緩和，因此劍麻纖維能夠增強珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度。但是當添加的劍麻纖維超過3 kg/m3時，珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度反而降低，這是因為劍麻纖維的含量過多，劍麻纖維的總表面積就變大，而珊瑚混凝土中的砂漿是定量，這就會使砂漿不能充分地包裹住劍麻纖維，劍麻纖維在珊瑚混凝土中起著破壞粘結的作用，從而降低珊瑚混凝土的密實度和增加珊瑚混凝土內部的缺陷；同時，劍麻纖維含量過多會使劍麻纖維在混凝土中分散時容易纏繞打結，在攪拌混凝土時打結的劍麻纖維帶入一定量的空氣，增大珊瑚混凝土內部的孔隙率，引起劈裂抗拉強度降低。

3　結語

1)摻入不同量的劍麻纖維能夠對珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度有不同的影響。劍麻纖維的質量摻量為3 kg/m3時，珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度比其他含量時高，本試驗確定的劍麻纖維的最優(yōu)摻量為3 kg/m3。2)當劍麻纖維的含量超過一定的限值，反而會影響珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度。劍麻纖維的摻量并不是越多越起到增強的作用，摻量過多反而會降低珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度。3)含劍麻纖維珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度還受到養(yǎng)護齡期的影響，當劍麻纖維含量在合適的范圍內時，隨著齡期的增長，劈裂抗拉強度逐漸增大，與普通的珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度隨齡期的增長規(guī)律相同。

[1]張衛(wèi)東，徐學燕.劍麻纖維混凝土的特性及發(fā)展前景[Z].2004.

[2]韓超.海水拌養(yǎng)珊瑚混凝土基本力學性能試驗研究[D].南寧：廣西大學，2011.

[3]張其穎.連續(xù)劍麻纖維增強輕骨料混凝土機械性能的研究[J].纖維復合材料,1996(2):45-50.

[4]茂雪,秋浜.劍麻纖維增強混凝土[J].建筑科技情報,1992(1)：12-18.

[5]王秀峰.劍麻纖維增強水泥基復合材料的電導性能及其應用[J].復合材料學報,1998,15(3):75-80.

On tensile performance of coral concrete strengthened by sisal fiber★

Deng Xuelian1Liu Cunpeng2*Chen Yihu1

(1.CollegeofCivilEngineering,BowenCollegeofAdministration,GuilinUniversityofTechnology,Guilin541004,China; 2.CollegeofCivilEngineering,BranchofGuilinUniversityofTechnology,Nanning530000,China)

The paper researches the water-cement ratio of the coral concrete is 0.4, the mixing volumes of the sisal fiber are 0 kg/m3, 1.5 kg/m3, 3 kg/m3, 4.5 kg/m3and 6 kg/m3, calculates the cube crushing strength and splitting tensile strength for the trials in 3 d, 7 d, 14 d, 21 d and 28 d, and proves by the test results that the splitting tensile strength can be improved maximally for the coral concrete trial when the mixing volume of the sisal fiber is 3 kg/m3.

sisal fiber, coral concrete, cement slurry, tensile performance

1009-6825(2016)08-0137-02

2016-01-09★:2015年度廣西壯族自治區(qū)高等學?？茖W研究項目(項目編號：KY2015YB505)

鄧雪蓮(1989- )，女，碩士，助教；陳宜虎(1979- )，男，副教授

劉存鵬(1989- )，男，碩士，助教

TU528

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