PVA纖維增強CL15陶粒混凝土力學性能試驗研究

楊航，邵春華

（1.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.中公高科養護科技股份有限公司，北京 100000）

PVA纖維增強CL15陶粒混凝土力學性能試驗研究

楊航1，邵春華2

（1.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.中公高科養護科技股份有限公司，北京 100000）

在CL15陶粒混凝土基礎上，分析0%、10%、20%、30%和40%五種粉煤灰摻量，0kg/m3、0.5kg/m3、1kg/m3、1.5kg/m3、2kg/m3五種PVA纖維摻量對陶粒混凝土抗壓強度和抗彎拉強度的影響。試驗結果分析，陶粒混凝土隨著粉煤灰摻量的增加，陶粒混凝土強度先增大后減小，陶粒混凝土中粉煤灰的最優摻量為20%，不宜超過40%。PVA纖維可以有效提高陶粒混凝土的力學性能，尤其是抗彎拉強度。但是纖維摻量過大也會大幅降低陶粒混凝土強度，甚至低于設計要求，纖維的建議摻量為1.0～1.5kg/m3。

PVA纖維；力學性能；陶粒混凝土；粉煤灰

1 概述

與普通水泥混凝土相比，陶粒混凝土擁有輕質、高強、抗震、保溫隔熱、吸音等良好的優點，廣泛應用于綠色建筑領域。但是，脆性、抗裂不足仍是水泥基陶粒混凝土的通病，嚴重阻礙了陶粒混凝土在綠色建筑領域的進一步推廣應用。纖維的摻入形成了纖維與水泥基的網狀空間結構，提高了陶粒混凝土的抗裂性和柔韌性。本文研究了粉煤灰、PVA纖維的摻入及摻量對陶粒混凝土力學性能的影響，分析PVA纖維增強陶粒混凝土的力學性能。

2 試驗原材料與配合比設計

2.1 原材料

2.1.1 水泥

水泥選用安徽省海螺牌P.O.42.5#水泥。

2.1.2 粉煤灰

試驗選用合肥市場供應的Ⅰ級粉煤灰。

2.1.3 陶粒

陶粒采用江蘇生產的0～5mm、10～20mm圓球型泥質陶粒，輕質、環保，堆積密度565，kg/m3，屬于600級。

2.1.4 砂

采用六安地區淠河生產的天然河砂，屬于中砂，細度模數2.6，堆積密度為1400kg/m3。

2.1.5 纖維

纖維采用安徽皖維集團生產的聚乙烯醇(PVA)纖維，單絲直徑12～30μm，纖維長度12mm。

2.1.6 減水劑

減水劑采用混凝土高性能減水劑，減水率為23%，摻量為水泥質量的1.1%～1.3%。

2.2 配合比設計

試驗依據JGJ51規范按松散體積法進行LC15陶粒混凝土配合比設計，具體步驟如下。

2.2.1 計算試配強度fcu,0

混凝土試配強度應按下式確定：

按照JGJ51規程選取在設計時σ=4MPa，計算得出LC15陶粒混凝土試配強度不小于21.58MPa。

2.2.2 選取水泥用量mc

根據試配強度和水泥強度等級選取水泥用量mc。按照JGJ51規程表5.2.1要求，最小水泥用量為280kg/m3的要求。最終以280kg/m3為基準，選取與之相差10%的相鄰2個水泥用量進行試配。

2.2.3 選取用水量

依據試驗對工作性能的要求和水灰比的大小選取用水量。按照JGJ51規程表5.2.2和表5.2.3要求，最大水灰比要求0.5。

2.2.4 選取松散體積砂率

根據混凝土用途選取松散體積砂率。按照JGJ51規程表5.2.4要求，依據經驗選取松散體積砂率為40%。

2.2.5 計算粗細骨料用量

根據粗細骨料的類型選用粗細骨料總體積，并按下列公式計算每立方米混凝土的粗細骨料用量。

根據圓球型泥質陶粒骨料類型和普通砂，按照JGJ51規程表 5.2.5要求選用粗細骨料總體積為1.25m3，計算每立方米混凝土的粗細骨料用量。

最終本試驗共進行了3組陶粒混凝土的配合比設計及強度試驗，如表1所示。

綜合考慮成本與設計要求，選定水膠比0.5的配合比進行力學性能試驗。

3 試驗結果及分析

3.1 粉煤灰摻量對陶粒混凝土力學性能的影響分析

粉煤灰中含有大量SiO2和Al2O3成分，形成大量玻璃體微顆粒，在混凝土中摻入一定量的粉煤灰可以明顯改善陶粒混凝土的工作和易性，且發生火山灰反應，提高混凝土后期強度。文中粉煤灰摻量為0、10%、20%、30%和40%時陶粒混凝土的抗壓強度和抗彎拉強度，以選擇最優的粉煤灰摻量。試驗結果如表2和圖1所示。

不同粉煤灰摻量的陶粒混凝土力學性能試驗結果 表2

圖1 陶粒混凝土力學性能隨粉煤灰摻量的變化圖

隨著粉煤灰摻量的增加，陶粒混凝土強度呈先增加后減小的變化趨勢。當摻量為20%時混凝土強度達到最大24.0MPa。粉煤灰顆粒較水泥小，能很好的填補水泥間的空隙，優化膠凝材料級配，并且其特有的“火山灰效應”使得水化后的基體更加緊密，因此混凝土的強度增加。但是粉煤灰摻量過大，水泥水化凝膠就少，混凝土強度又呈逐漸降低的趨勢。

3.2 纖維摻量對陶粒混凝土力學性能的影響分析

文中在0.5水膠比、288kg/m3水泥用量和72kg/m3粉煤灰摻量基礎上，研究纖維摻量 0kg/m3、0.5kg/m3、1kg/m3、1.5kg/m3、2kg/m3對陶粒混凝土抗壓強度和抗彎拉強度的影響。試驗結果圖2所示。

圖2 陶粒混凝土力學性能隨PVA摻量的變化圖

隨著纖維摻量的增加，陶粒混凝土的抗壓強度先增加后減小，當摻量小于1.0kg/m3時，纖維在混凝土中有效的束縛住陶粒，防止陶粒上浮，同時填補了一些空隙，因此強度上升。但是過多的纖維纖維不僅不容易分散，而且會把部分空氣帶入混凝土中，減小基體粘結力，混凝土抗壓強度呈急劇大幅降低的趨勢。

隨著纖維摻量的增加，陶粒混凝土的抗彎拉強度呈逐漸增加的趨勢，壓折比逐漸減小，混凝土柔性增大，抗裂性能增強。

4 結論

①隨著粉煤灰摻量的增加，陶粒混凝土強度先增大后減小，陶粒混凝土中粉煤灰的最優摻量為20%，不宜超過40%。

②PVA纖維可以有效提高陶粒混凝土的力學性能，尤其是抗彎拉強度。但是纖維摻量過大也會大幅降低陶粒混凝土強度，甚至低于設計要求，纖維的建議摻量為1.0～1.5kg/m3。

綜合以上，合理的粉煤灰、PVA摻量，可以有效提高陶粒混凝土的力學性能，但是過量的粉煤灰、PVA摻量同樣會導致陶粒混凝土力學性能的急劇降低。因此，本文為工程師們直接進行陶粒混凝土設計提供了粉煤灰、PVA摻量的參考值，實際工程應以試驗為準。

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TU528.572

A

1007-7359（2016）06-0168-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.065

楊航（1983-），男，廣西來賓人，畢業于長沙理工大學，碩士，工程師。