玄武巖纖維對(duì)混凝土耐久性影響研究

白玉瑾

中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 300350

纖維混凝土作為一種新型建筑材料，可有效地提高混凝土力學(xué)性能，保證結(jié)構(gòu)整體使用性能，在居民建筑、道路等工程中得到越來(lái)越多的應(yīng)用[1-4]。但由于纖維材料技術(shù)性能不同，在改善混凝土性能的同時(shí)也會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生不利影響，比如鋼纖維耐腐蝕性差[5-6]，致使鋼纖維混凝土在鹽堿含量較高地區(qū)使用具有一定的限制性。而玄武巖纖維由硅酸鹽礦物成分組成，與混凝土結(jié)合性良好且能適應(yīng)特殊環(huán)境，對(duì)提高混凝土抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度具有顯著作用[7-10]。隨著我國(guó)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，結(jié)構(gòu)使用質(zhì)量及壽命要求日益提高[11-12]，因此，對(duì)玄武巖纖維混凝土耐久性展開(kāi)詳細(xì)研究是十分必要的。

1 原材料與研究方案

1.1 試驗(yàn)材料

細(xì)骨料為江西贛江黃砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，屬于Ⅱ區(qū)中砂；粗骨料為安徽和縣生產(chǎn)的連續(xù)級(jí)配碎石，公稱粒徑為5～25 mm，壓碎值≤10%、吸水率≤2%。粗細(xì)骨料均滿足JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)》技術(shù)要求。水泥為海螺牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰選用Ⅱ級(jí)灰，細(xì)度≤25%；礦粉選用S95級(jí)；減水劑為江蘇蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PCA-10混凝土聚羧酸高效減水劑；纖維為短切玄武巖纖維，直徑為15 μm。

1.2 方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)方案見(jiàn)表1，旨在研究玄武巖纖維長(zhǎng)度及摻量對(duì)纖維混凝土耐久性的影響規(guī)律。擬采用抗?jié)B試驗(yàn)、收縮試驗(yàn)和早齡期抗裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)玄武巖纖維混凝土耐久性。

表1 試驗(yàn)方案

1.3 配合比設(shè)計(jì)

玄武巖纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)采用外摻法，根據(jù)窯上村站底板C35P8混凝土配合比設(shè)計(jì)條件（坍落度為160～200 mm、水膠比為0.41、砂率為0.42）確定的混凝土配合比為：水泥∶粉煤灰∶礦粉∶砂碎石∶外加劑∶水=300∶46∶39∶767∶1 060∶4.81∶158。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 抗?jié)B試驗(yàn)

采用GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中滲水高度法，試件采用頂面直徑175 mm、底面直徑185 mm、高150 mm的圓臺(tái)形試件。試驗(yàn)儀器采用無(wú)錫建儀儀器機(jī)械有限公司生產(chǎn)的HS-4型混凝土抗?jié)B儀。

1.4.2 收縮試驗(yàn)

采用GB/T 50082—2009中非接觸法，試件采用100 mm×100 mm×515 mm的棱柱體試件，儀器選用混凝土收縮變形測(cè)定儀。試驗(yàn)中，控制混凝土初凝試驗(yàn)和收縮試驗(yàn)環(huán)境均為溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度（60±5）%。

1.4.3 早齡期抗裂試驗(yàn)

采用CECS 13∶2009《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中平板法，試件尺寸為600 mm×600 mm×63 mm。試件成型后，置于溫度（20±5）℃、相對(duì)濕度40%的環(huán)境中24 h，通過(guò)裂縫綜合測(cè)試儀觀測(cè)試件裂縫。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗?jié)B試驗(yàn)

玄武巖纖維混凝土抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。試件置于溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度95%以上的標(biāo)養(yǎng)室中養(yǎng)護(hù)28 d。

圖1 玄武巖纖維混凝土抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知，混凝土摻入玄武巖纖維后抗?jié)B性能得到改善，其中，纖維長(zhǎng)度為18 mm時(shí)，纖維摻量0.05%對(duì)混凝土抗?jié)B性能改善效果最明顯，纖維摻量0.10%對(duì)混凝土抗?jié)B性能改善效果最??；與素混凝土滲水高度相比，0.05%、0.10%、0.12%、0.15%纖維摻量的素混凝土滲水高度分別降低了42%、36%、31%、28%；纖維摻量為0.10%時(shí)，混凝土滲水高度隨纖維長(zhǎng)度加長(zhǎng)逐漸降低，纖維長(zhǎng)度12、18、24 mm的混凝土滲水高度分別降低了3%、28%、22%，說(shuō)明纖維摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性能影響明顯，主要是由于纖維在混凝土中的分散性，增加了水泥與骨料之間的黏結(jié)性，使結(jié)構(gòu)具有良好的連續(xù)性，從而混凝土抗?jié)B性能得到提高；而隨著纖維摻量增加，纖維在混凝土中分散不均勻，增大了混凝土的孔隙率，致使其抗?jié)B性能降低。另外，纖維長(zhǎng)度18 mm條件下，摻量0.15%的混凝土滲水高度為14.7 mm，與纖維長(zhǎng)度24 mm下0.10%摻量的混凝土滲水高度相當(dāng)，說(shuō)明混凝土可通過(guò)外摻較長(zhǎng)長(zhǎng)度的纖維來(lái)降低纖維摻量。

2.2 收縮試驗(yàn)

玄武巖纖維混凝土收縮試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。試件置于溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度（60±5）%的恒溫、恒濕條件下養(yǎng)護(hù)3、7、28 d。

圖2 玄武巖纖維混凝土收縮試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知：

1）同一纖維長(zhǎng)度下，混凝土3、7、28 d收縮率與纖維摻量變化規(guī)律一致，纖維摻量為0.10%，混凝土收縮率達(dá)到最小值后逐漸增大。當(dāng)纖維摻量從0增加至0.10%時(shí)，混凝土3、7、28 d收縮率分別降低了15%、16%、16%；纖維摻量從0.10%增加至0.15%時(shí)，混凝土3、7、28 d收縮率分別提高了30%、19%、24%，說(shuō)明適當(dāng)?shù)睦w維摻量有利于改善混凝土收縮性。這是因?yàn)樾鋷r纖維在混凝土內(nèi)部形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善其孔隙結(jié)構(gòu)，減小收縮應(yīng)力。另外，隨齡期增長(zhǎng)，混凝土收縮率增速逐漸減小，且早期收縮率增速高于后期，說(shuō)明纖維對(duì)混凝土后期收縮抑制效果較好。

2）同一纖維摻量和齡期下，混凝土收縮率減小后增大，且纖維長(zhǎng)度為18 mm時(shí)，混凝土收縮率達(dá)到最小值后逐漸增大。相比于纖維長(zhǎng)度18 mm的混凝土，纖維長(zhǎng)度12、24 mm的混凝土收縮率至少分別提高13%、20%。由此可知，纖維摻量0.10 %、纖維長(zhǎng)度18 mm的混凝土抑制收縮效果最好。

2.3 早齡期抗裂試驗(yàn)

在纖維長(zhǎng)度為18 mm條件下，玄武巖纖維混凝土早齡期抗裂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 玄武巖纖維混凝土早齡期抗裂試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，隨纖維摻量增加，混凝土裂縫平均寬度、總長(zhǎng)度及總面積逐漸減小，說(shuō)明玄武巖纖維可顯著改善混凝土早齡期抗裂性。其中，纖維摻量超過(guò)0.10%后對(duì)混凝土裂縫平均寬度影響逐漸減弱，裂縫總長(zhǎng)度與纖維摻量呈線性關(guān)系。與素混凝土相比，各級(jí)纖維摻量的混凝土裂縫平均寬度分別降低了17%、59%、65%、70%，裂縫總長(zhǎng)度分別降低了35%、44%、50%、57%。這是因?yàn)榛炷廖⒘芽p發(fā)展過(guò)程中，纖維承擔(dān)了部分拉應(yīng)力，減小了微裂縫處的應(yīng)力集中，從而限制了裂縫的寬度，降低了裂縫的長(zhǎng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)玄武巖纖維混凝土耐久性試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

1）玄武巖纖維可改善混凝土抗?jié)B性能，且滲水高度隨纖維長(zhǎng)度加長(zhǎng)逐漸降低。纖維長(zhǎng)度18 mm條件下，纖維摻量0.05%的混凝土抗?jié)B效果最佳，較素混凝土滲水高度降低了42%；纖維摻量0.10%條件下，纖維長(zhǎng)度12、18、24 mm的混凝土滲水高度分別降低了3%、28%、22%。

2）玄武巖纖維對(duì)混凝土收縮性具有良好的抑制效果。纖維摻量為0.10%、纖維長(zhǎng)度為18 mm的混凝土抑制收縮效果最好，較素混凝土收縮率平均降低了16%；纖維摻量從0增加至0.10%時(shí)，混凝土3、7、28d收縮率分別降低了15%、16%、16%。

3）玄武巖纖維可以顯著改善混凝土早齡期抗裂性，裂縫平均寬度、總長(zhǎng)度以及總面積隨著纖維摻量的增加而逐漸減小。與素混凝土相比，纖維摻量0.10%～0.15%下的混凝土裂縫平均寬度至少降低了59%，裂縫總長(zhǎng)度至少降低了44%。