玄武岩纤维对混凝土性能的影响研究.docx

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1、引言纤维混凝土是指在混凝土中掺入纤维来满足混凝土多样化性能要求随着近年来建筑行 业的迅速发展，对特殊性能混凝土的要求及需求不断提高，掺加纤维作为一种技术手段，逐 步应用于桥梁、水利、市政等行业的工程建设中，改善或强化混凝土性能”? 解决工程设 计与施工的难题。现在市场上纤维的种类很多，相比于传统的钢纤维、聚丙烯粗纤维等，玄 武岩纤维凭借其自身材料特性的优势，与混凝土具有良好的适应性，并且在混凝土高温稳定 性、耐久性、弹性模量、抗拉性能等方面具有显著优势回，目前，在不同的工程中，基于 不同的原材料，对纤维混凝土的力学性能、耐久性能等均有较多研究，贺正波等对玄武岩 纤维单轴受压破坏过程进行有限元模

2、拟，分析了纤维掺量对抗压强度的提高效果，并从裂纹 扩展机理证明了纤维对混凝土韧性的改善。但现研究中对使用同种原材料不同种纤维的混凝 土性能对比研究却较少。本文通过改变玄武岩纤维掺量，了解玄武岩纤维掺量的变化对混凝 土性能的影响；在此基础上，对同一组混凝土配合比，分别掺加玄武岩纤维、钢纤维、聚丙 烯纤维，对不同种纤维的使用效果进行力学性能、耐久性能对比，分析不同种类纤维对混凝 土性能的影响，为不同工程中纤维的选择与使用提供技术参考。1、材料与方法1.1 试验材料纤维混凝土的组成材料包括胶凝材料、骨料、水、外加剂和纤维。胶凝材料使用水泥和粉煤 灰，其中水泥使用河南省太阳石集团水泥有限公司生产的P-

3、O 42. 5水泥，其密度为 3. llgcm3;粉煤灰使用平顶山姚孟电力有限公司生产的F类级粉煤灰，其密度为 2. 24kgm3;骨料包含粗、细骨料，其中细骨料使用济源五星砂厂生产的人工砂和天然砂， 其表观密度为2. 69gcm以质量比8 ： 2进行混合；粗骨料使用洛阳市生产的520mm的人 工碎石，其表观密度2. 69gcm3,由粒径为IOmm和1020mm人工碎石以质量比5 ： 5混合 而成;减水剂使用中国水电十一局有限公司混凝土外加剂厂生产的SN-JG缓凝型高性能减水 剂；拌合用水使用自来水，其密度取1.00gcm:分别选择玄武岩纤维、钢纤维、聚丙烯粗 纤维作为研究对象，进行试验。本次

4、研究使用的玄武岩纤维（编号X）为片状，长度约29mm, 宽度约3. 0mm,密度为2. 62gCnR在混凝土搅拌过程中，可分解为直径为0. 16mm的细丝， 均匀分布于混凝土中，试验掺量选择3kg?和6kgm:由于钢纤维种类较多且使用广泛， 本次选择端钩型钢纤维（编号Gl）和波浪形钢纤维（编号G2）进行试验，密度为7. 80gcm 其中Gl长度约31mm,直径约0. 8OnInb G2长度约40mm,宽度约2. 2mm,厚度约0. 6Omnb试 验中钢纤维掺量均为50kgIA聚丙烯粗纤维（编号J）密度为0.91gcA其长度约29mm, 直径约0. 68mm,试验掺量为3kgm使用的4种纤维形态

5、如图1所示。然钩型钢纤维玄武岩纤缙图1 纤维形态图波浪形钢纤维1.2 试验方法首先设计强度等级为C30,坍落度14018Omnb且具有一定抗冻、抗渗性能的 混凝土。并对混凝土的性能进行检测，混凝土性能主要依据公路行业标准进行检测，其中混 凝土拌合物性能主要检测坍落度、密度、含气量，硬化混凝土性能主要检测抗压强度、抗折 强度、抗拉强度、劈裂抗拉强度、抗冻性能、抗渗性能等。然后使用不同掺量的玄武岩纤维， 对推荐得出的C30纤维混凝土配合比进行拌合物性能、力学性能、耐久性能的检测，并对比 玄武岩纤维与钢纤维、聚丙烯粗纤维及不掺加纤维的混凝土性能差异。由于不同种类纤维的 使用，混凝土拌合物性能会产生较

6、大的变化，通过调整外加剂掺量、砂率等指标，使混凝土 拌合物状态保持一致，在此基础上，进行硬化混凝土性能的检测。1.3 玄武岩纤维混凝土配合比C30混凝土强度标准差为5. OMPa,确定混凝土配制强度为 38.2MPa;配合比采用体积法计算，为保证混凝土具有良好的抗冻性能，控制混凝土含气量 为(5.51.0) %,基准混凝土水胶比经计算选择0.40,粉煤灰掺量为20%。经试拌，砂率 确定为44%,玄武岩纤维掺量3kg减水剂掺量2. 3%,引气剂掺量0.007%。在混凝土基 准配合比参数的基础上，将水胶比增减0.05、砂率相应增减1%进行混凝土配合比试拌，试 拌混凝土配合比见表1。表1混凝土试拌配

7、合比原材料用量编号水股比砂率7%材料用量/(kgn)水水泥粉煤灰砂碎石减水剂引气剂纤维X-10.354317540010069892511.000.0353.0X-20.4044175350887399419.630.0313.0X-30.4545175311787779498.560.0273.0为保证玄武岩纤维在混凝土中分布均匀，掺加玄武岩纤维的混合料干拌时间不应少于2min, 加水拌合时间不应少于2min。经试拌，混凝土拌合物坍落度分布在150l60mm,容重分布在 22902310kgm3,含气量分布在5. 0%6. 0%,符合拌合物的性能要求。对试拌配合比成型并 检测抗压强度，得出2

8、8d抗压强度与胶水比的同归曲线如图2所示。胶水比图228d抗压强度与胶水比的关系曲线图由图2回归方程，计算C30玄武岩纤维混凝土配合比的水胶比为0.41,得出符合设计要求 的C30玄武岩纤维混凝土配合比见表2,表2符合设计要求的C30玄武岩纤维混凝土配合比嫔号水股比砂率/% -水水泥材料用(kgm3)引气剂纤维粉煤灰砂碎石减水剂X0.4144175341857449479.390.0303.02、结果与分析2.1 纤维对混凝土配合比的影响使用不同掺量的玄武岩纤维，对推荐得出的C30混凝土配 合比进行拌合物性能、力学性能、耐久性能的检测，并对比玄武岩纤维与钢纤维、聚丙烯粗 纤维及不掺加纤维的混凝

9、土性能差异。由于不同种类纤维的使用，混凝土拌合物性能会产生 较大的变化，通过调整外加剂掺量、砂率等指标，使混凝土拌合物状态保持一致，在此基础 上，进行硬化混凝土性能的检测。拌合使用的混凝土配合比见表3。表3拌合混凝土配合比编号水胶比砂率/%减水剂掺/%引气剂掺/%材料用(kgm3)水水泥粉煤灰砂碎石流水剂引气剂纤维X10.41442.2O.7175341857449479.390.0303.0X20.41452.30.005175341857619309.820.0216.0G10.41462.10.008175341857779138.960.03450.0G20.41462.10.0081

10、75341857779138.960.03450.0J0.41452.00.008175341857619308.540.0343.0W0.41431.50.010175341857279646.400.043-由表3可以看出，纤维的加入,影响了混凝土配合比的参数,为达到基本一致的拌合物状态， 玄武岩纤维掺量从3kg增长至6kgn?时，所需砂率、减水剂增加，引气剂减少；整体上 看，玄武岩纤维的加入，增加了每立方米混凝土减水剂用量，提高了混凝土砂率，减少了引 气剂的用量。2.2 纤维对混凝土拌合物性能的影响按照表3混凝土配合比进行拌合，并对混凝土进行拌 合物性能检测，结果见表4。由表4可以看出，

11、纤维的加入，会在一定程度上提高混凝土的 含气量，降低引气剂的掺量，玄武岩掺量的增加，混凝土含气量有明显增大的趋势；混凝土 的容重分布于22902350kg,玄武岩纤维的加入,降低了混凝土的容重,而钢纤维的加入， 提高了混凝土的容重；坍落度分布在150l65mm,含气量分布于5. 0%6. 0%,通过混凝土配 合比参数的调整，所得混凝土拌合物状态基本相同。编号容重/(kgm3)坍落度mm含气量/%X123001655.7X222901506.0G123501555.4G223401555.5J23201605.0W23101605.32.3 纤维对混凝土力学性能的影响混凝土力学性能选择抗压强度、

12、抗折强度、劈裂抗拉强 度、抗拉强度进行试验，抗压强度采用7d、28d龄期，其余力学性能采用28d龄期。抗压强 度试验采用IOOmnlXlOOmmX IOOmm的立方体试件，尺寸换算系数为0. 95；抗折强度试验采 用IOOmnlXIOOnX400mm的长方体试件，尺寸换算系数为0. 85；劈裂抗拉强度试验采用 150mmX 150mm 150mm的立方体标准试件；轴向拉伸试验采用GB/T 500812019混凝土物 理力学性能试验方法标准中的a型试件，试件中间截面尺寸为IOOnIlnXIOOmm。经检测， 混凝土力学性能试验结果如图3、图4所示。50-7d 28diiiil4540353025

13、2015105 OX1 X2 G1 G2 J W配合比编号图3 混凝土抗压强度由图3可以看出，纤维的加入不利于混凝土的早期抗压强度，延缓了混凝土强度增长趋势, 表现为掺加纤维的混凝土 7d抗压强度均小于未掺加纤维的混凝土，掺加纤维的混凝土 7d 抗压强度仅可达到28d抗压强度的60%左右，而未掺加纤维的混凝土 7d抗压强度达到28d 抗压强度的79机除使用6kg?的玄武岩纤维混凝土之外，其余掺加纤维的混凝土28d抗压 强度均大于未掺加纤维的混凝土, 28d抗压强度由高到底依次为G1G2JX1WX2,钢 纤维在提高混凝土抗压强度过程中具有最优效果，可将强度提高20%以上。X1 X2 G1 G2

14、J 配合比编号图4 混凝土抗弯拉强度、劈裂抗拉强度、轴向抗拉强度O由图4可以看出，混凝土抗弯拉强度与劈裂抗拉强度从高到低依次为G1G2JX1W X2,与抗压强度规律保持一致，与未掺加纤维的混凝土相比，钢纤维可使抗弯拉强度和劈裂 抗拉强度提高15%左右；轴向拉伸强度从高到低依次为G2JG1X2X1肌掺加纤维的 混凝土轴向拉伸强度均大于未掺加纤维的混凝土，较未掺加纤维的混凝土，钢纤维可使轴向 拉伸强度提高10%以上。从上述结果分析可得，掺加3kgf玄武岩纤维的混凝土，较未掺加 纤维的混凝土，抗压强度提高9%,抗弯拉强度提高4%,劈裂抗拉强度提高2%,轴向抗拉强 度提高7%；较端钩型钢纤维混凝土，抗压强度降低11%,抗弯拉强度降低9%,劈裂抗拉强 度降低13%,轴向拉伸强度降低5%；较波浪形钢纤维混凝土，抗压强度降低9%,抗弯拉强 度降低6%,劈裂抗拉强度降低10斩轴向抗拉强度降低10%;较聚丙烯粗纤维混凝土，抗压 强度降低3%,抗弯拉强度降低4%,劈裂抗拉强度降低1乐轴向抗拉强度降低7%。玄武岩纤 维掺量由3kgm3增加至6kgm3时，需相应增加混凝土砂率，提高了混凝土的含气量，除轴 向抗拉强度增长4%外，其余混凝土强度均有所降低，其中28d抗压强度降低12%