耐堿玻璃纖維在道路混凝土中的應(yīng)用

黃 艷

（新疆華天工程建設(shè)股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引言

耐堿玻璃纖維是一種用來增強混凝土的肋筋材料，它的優(yōu)點在于耐堿、抗腐蝕、抗沖擊、抗拉抗彎、抗凍抗裂等，可設(shè)計性比較強，可以替代石棉和鋼材。混凝土是一種脆性的材料，加入耐堿玻璃纖維后可以有效提高其力學(xué)性能。耐堿玻璃纖維依靠它的優(yōu)點成為一種廣泛應(yīng)用于增強道路混凝土的新型材料。為了保證耐堿玻璃纖維的增強效果及結(jié)構(gòu)的安全可靠性，必須使玻璃纖維在混凝土中保持長期的強度和韌性，然而工程中使用的水泥基材料會腐蝕耐堿玻璃纖維，損害材料的性能穩(wěn)定，降低材料強度。

1 試驗方法與結(jié)果

1.1 原料與養(yǎng)護條件分析

水泥：采用某水泥廠生產(chǎn)的符合GB 175—99要求的32.5級普通硅酸鹽水泥。

耐堿玻璃纖維：試驗中使用的是某玻璃纖維公司生產(chǎn)的耐堿玻璃纖維，該纖維的標(biāo)準是：長度為12mm，抗拉強度是2 480MPa，含鋯量在16.7%左右，1cm3中大約含有2.7g耐堿玻璃纖維。

粉炭灰和骨料：本文所采用的粉炭灰是新疆電廠的Ⅱ級材料，符合GB 1596—91規(guī)定和質(zhì)量要求；對于細骨料而言，其主要是江沙，這些江沙的細度模數(shù)MX為2.7。而對于粗骨料，主要是由人工碎石組成，其直徑不超過20mm。

在標(biāo)準養(yǎng)護過程中，混凝土試件拆模以后，應(yīng)當(dāng)即置于水中進行養(yǎng)護，其中水溫應(yīng)當(dāng)控制在20℃左右。對于熱養(yǎng)護而言，通常是在標(biāo)準養(yǎng)護之后的3d內(nèi)進行，其主要采用不同梯度的溫度對其進行慢慢的加熱，當(dāng)溫度達到80℃以后才開始保持恒溫，直至達到測試齡期為止。

1.2 試驗方法

實踐中，如果將耐堿玻璃纖維放置于水泥漿萃取液中，整個試驗過程的時間消耗會比較長，同時也可能會改變耐堿玻璃纖維質(zhì)量，難以準確反映出耐堿玻璃纖維的受腐蝕度。基于此，在該試驗操作過程中，采用的主要是對耐堿玻璃纖維砂漿試件自身的腐蝕程度檢驗等方法，在溫度不斷升高過程中，加速試件老化，以此來推測其中建筑結(jié)構(gòu)混凝土中的耐堿性能和實際可應(yīng)用期限。

試驗操作步驟和方法：采用先摻法對纖維砂漿試件進行制備，試件規(guī)格為40mm×40mm×160mm，其制備流程如圖1所示；在完成上述操作以后的24h內(nèi)，實施拆模操作，然后將試件于標(biāo)準養(yǎng)護狀態(tài)下養(yǎng)護3d的時間；對試件采取一定的熱養(yǎng)護措施，以此來測試該試件自身的抗折強度和能力。

圖1 耐堿玻璃纖維砂漿制備工藝流程

1.3 試驗分析

1.3.1 砂漿中的耐堿玻璃纖維腐蝕性分析

在水泥砂漿中加入一定量的活性摻和料以及耐堿玻纖，如表1所示，其中Mf代表的活性摻和料是粉煤灰、Ms代表的是硅灰。

表1 砂漿試驗方案

試驗中可以看到，水泥水化試驗中會形成堿性溶液，這將在一定程度上腐蝕玻璃纖維，進而降低玻璃纖維自身的荷載和抗拉強度。腐蝕強度不斷增加的過程中，纖維出現(xiàn)一系列毛細孔及相關(guān)問題，這在很大程度上降低了砂漿自身的抗折性能和強度。大量的試驗表明，方案一中的Mc1養(yǎng)護齡期達到4d時，其抗折強度就會達到最大限度，然后逐漸下降，同時該期間內(nèi)的耐堿玻璃纖維自身的抗折強度開始慢慢的退化。然而，對于空白件Mc0而言，其抗折強度在不斷的增加，這說明耐堿玻璃纖維很容易遭到嚴重的腐蝕而影響其性能，如圖2所示。

圖2 試件的抗折強度與養(yǎng)護齡期的關(guān)系

1.3.2 活性摻和料抑制腐蝕的作用分析

基于試驗觀察，若直接將一定量的耐堿玻璃纖維放入砂漿之中，則纖維就會遭受非常嚴重的腐蝕，最終喪失其抗壓性能，這在很大程度上會對水泥整體性能產(chǎn)生不利影響。實踐中，通過將活性摻和料加入到水泥砂漿之中進行試驗操作，就其試驗結(jié)果可以得出以下結(jié)論，即活性摻和料應(yīng)用過程中，可對耐堿性纖維抑制性產(chǎn)生不利影響，甚至使其遭受嚴重的腐蝕。

方案二中加入的粉煤灰量大約在30%，其中Mf1砂漿自身的抗折強度處于最低階段時，在第3d出現(xiàn)，隨后便不斷的增強。方案三中加入的粉煤灰量大約在40%，其中Mf3砂漿自身的抗折能力也在不斷的增強。方案四中加入的是硅灰，其中Ms1砂漿自身的抗折能力會在第5d出現(xiàn)最低，然后持續(xù)走高，如圖3所示。

圖3 摻活性摻和料砂漿的抗折強度與養(yǎng)護齡期的關(guān)系

通過以上試驗發(fā)現(xiàn)，加入粉煤灰以后，耐堿玻璃纖維砂漿自身的凈增抗折能力會在短時間內(nèi)呈現(xiàn)出下降趨勢，然后則一直處于較為穩(wěn)定的良好抗折性狀態(tài)，這說明這一階段的水泥砂漿堿溶液很少對耐堿玻璃纖維產(chǎn)生腐蝕性；當(dāng)加入粉煤灰量超過30%以后，耐堿玻璃纖維的抗折性就基本穩(wěn)定了。而硅灰的活性比較高，可以在短時間內(nèi)發(fā)生水化，因此雖然摻入硅灰的砂漿的強度一直在下降，但是也可以在一定程度上抑制堿溶液對耐堿玻璃纖維的腐蝕，具體表現(xiàn)在抗壓強度下降了3d之后一直到第11d，這段時間里摻入硅灰的砂漿的抗折強度一直都處于相對穩(wěn)定的水平。但是由于在砂漿中摻入硅灰的成本比較高，所以在大面積道路建設(shè)中還是會選擇摻入粉煤灰，以降低建設(shè)成本。

2 配制道路耐堿玻璃纖維混凝土的方法

試驗表明，摻入粉煤灰可以有效抑制水泥水化過程中對耐堿玻璃纖維的腐蝕，但是試驗采用的是容量比較小的試件。在實際的道路施工中，需要的混凝土非常多，因此要摻入的粉煤灰的量也比較難把握。在此，本文采用的配制耐堿玻璃纖維道路混凝土的方法是最緊密堆積法。

2.1 最緊密堆積法的設(shè)計思路

基于傳統(tǒng)配合比設(shè)計理論研究可知，混凝土中加入大量粉煤灰以后，就會降低早期的強度，針對這一問題，可采用最緊密堆積法克服。所謂最緊密堆積法，實際上就是設(shè)計過程中將骨料作為最基本的主骨架，通過不斷增加水泥漿的方法，來減少集料用量。需要注意的是在此過程中不能改變集料和砂的合理配備比例。當(dāng)水泥漿量固定、水膠比例改變時，水泥漿質(zhì)量也會隨之發(fā)生一定的改變，采用最緊密堆積法的優(yōu)勢在于用大量的集料當(dāng)作支撐骨架，對集料中的砂、石比例進行嚴格的控制，以此來有效提高混凝土應(yīng)用的可靠性。加入適當(dāng)?shù)姆勖夯乙院螅粌H可以有效發(fā)揮混凝土自身的化學(xué)效應(yīng)、不斷強化微觀結(jié)構(gòu)上的緊密度，而且還可以有效增加混凝土自身的物理緊密度，以此來抑制耐堿玻璃纖維受腐。

2.2 道路耐堿玻璃纖維混凝土的性能分析

根據(jù)最緊密堆積法的設(shè)計方法，配制兩種耐堿玻璃纖維混凝土，如表2所示。

表2 緊密堆積法的混凝土配比及力學(xué)性能

從表2中可以看出，最緊密堆積法的應(yīng)用過程中，配制出來的耐堿玻璃纖維混凝土劈壓比處于0.14～0.182，對于水化后期的劈壓比上升幅度要比早期的更大一些。對于一般的混凝土劈壓比而言，其處于0.045～0.071范圍內(nèi)，這表明采用該種方法配出來的耐堿玻璃纖維混凝土抗折性能較好，而且可以有效滿足當(dāng)前道路尤其是路基的抗折性要求。

2.2.1 力學(xué)性能

一般而言，混凝土骨料主要用在最緊密堆積法之中，并用作基本骨架。當(dāng)加入高于33%的粉煤灰以后，其強度會在以后的3d時間內(nèi)上升到28.9MPa左右，這就有效地滿足了混凝土早期強度需求。粉煤灰加入后發(fā)生二次水化，此時將吸附水倒出，以有效保護水泥后續(xù)水化和混凝土結(jié)構(gòu)的后期強度。

2.2.2 收縮性能

混凝土中的耐堿玻璃纖維均勻分布，可有效切斷毛細孔、使毛細孔數(shù)量大幅度減少，以此來降低毛細孔壓力，進行降低混凝土自身的收縮值；粉煤灰養(yǎng)護過程中，可有效降低混凝土收縮值。混凝土的收縮性能比較好，可以防止道路的開裂，提高道路的抗?jié)B力，還能提高道路的抗凍能力，這十分符合新疆的氣候特點，可以進一步的應(yīng)用推廣。

3 結(jié)語

基于以上分析可知，道路工程建設(shè)過程中，在混凝土中加入適量的耐堿玻璃纖維，可提高混凝土自身的抗折強度，提高混凝土結(jié)構(gòu)道路的抗?jié)B性、耐磨能力，從而防止道路出現(xiàn)嚴重的開裂病害，在現(xiàn)代公路建設(shè)過程中應(yīng)用非常廣泛。

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