玄武巖纖維砼配比及性能研究

何橋敏，胡衛國

（1.武漢理工大學華夏學院，湖北　武漢　430223；2.中交第二公路勘察設計研究院，湖北　武漢　430056）

玄武巖纖維砼配比及性能研究

何橋敏1，胡衛國2

（1.武漢理工大學華夏學院，湖北武漢430223；2.中交第二公路勘察設計研究院，湖北武漢430056）

利用正交試驗對水泥砼進行摻配，綜合考慮三水平和水灰比、砂率、水泥用量三因素，通過加入不同摻量的玄武巖纖維，在多條件變化下對其成型試件進行抗折力學性能、耐磨耗性能試驗分析，得出了不同玄武巖纖維摻量對水泥砼性能和耐磨耗性能的改善程度。

公路；玄武巖纖維；正交試驗；抗折強度；耐磨耗性能

纖維砼具有優異的抗早期裂縫性能，能改善水泥砼的工作性能，提高砼變形能力和耐久性，被廣泛應用于工程領域。玄武巖纖維由天然火山巖礦石經高溫熔融、拉絲冷卻制成，是一種新型增加型材料。作為典型的硅酸鹽纖維，玄武巖纖維具有天然相容性及優越的力學性能。該文對玄武巖纖維砼配合比及路用性能進行試驗研究。

1　原材料

1.1玄武巖纖維

試驗所用玄武巖纖維由浙江某公司提供，其性能（見表1）滿足規范要求。

1.2水泥

試驗采用中材湘潭水泥有限責任公司提供的P.O52.5水泥，其性能（見表2）滿足規范要求。

表1　玄武巖纖維檢測結果

1.3集料

粗集料來自瀏陽市九溪洞碎石場，5～10、10～ 20、20～30 mm粒徑分別占20％、30％、50％，篩分結果見表3，壓碎值為21.7％，技術等級為Ⅱ級。細集料來自瀏陽市洞陽砂場，其篩分結果見表4，細度模數為2.6，為粗砂。

表2　中材P.O52.5水泥檢測結果

表3　碎石級配篩分結果

表4　河砂級配篩分結果

外加劑采用湖南神宇新材料有限公司的聚羧酸高性能減水劑，其減水率為32％，摻量為1.0％，技術指標（見表5）滿足規范要求。

2　玄武巖纖維摻量對砼力學性能的影響

表5　減水劑技術指標檢測結果

表6　配合比設計各因素水平

通過三水平三因素正交試驗，綜合分析水灰比W/C、砂率Sp、水泥用量C在多條件變化下對砼試件力學性能的影響。通過將玄武巖纖維摻入水泥砼試件中，采用正交試驗進行配比，對比其與基準水泥之間的差異，分析玄武巖纖維對水泥砼性能的影響。水泥砼試件配合比正交試驗設計方案見表6，表7為基準配合比設計方案組成的L9（33）正交表，表8為纖維摻量0.1％配合比設計方案組成的L9（33）正交表，表9為纖維摻量0.2％配合比設計方案組成的L9（33）正交表。

表7　基準水泥砼L9（33）正交表

表8　纖維摻量0.1％水泥砼L9（33）正交表

表9　纖維摻量0.2％水泥砼L9（33）正交表

分別檢測各組、各摻量試件7、28 d抗折強度，結果見表10。然后對三因素影響抗折強度的程度進行分析，結果見表11、表12。

表10　基準水泥砼各組試件抗折強度檢測結果

表11　纖維摻量0.1％水泥砼各組試件抗折強度檢測結果

表12　纖維摻量0.2％水泥砼各組試件抗折強度檢測結果

根據上述試驗結果，對不同纖維摻量水泥砼試件進行抗折強度影響程度分析，結果見表13～15、圖1～3。

表13　基準水泥砼抗折強度各因素影響程度分析

表14　纖維摻量0.1％水泥砼抗折強度各因素影響程度分析

表15　纖維摻量0.2％水泥砼抗折強度各因素影響程度分析

圖1　水灰比與抗折強度的關系

圖2　砂率與抗折強度的關系

圖3　水泥用量與抗折強度的關系

從表13～15、圖1～3可看出：摻加玄武巖纖維能提高水泥砼試件的抗折強度，摻量0.1％與0.2％水泥砼試件的抗折力學性能相差較少；水灰比、砂率、水泥用量對水泥砼試件抗折強度都存在影響。只有正確地摻配出最佳配合比才能使水泥砼的抗折力學性能達到所期望的要求。

摻加玄武巖纖維能增強水泥砼的抗折強度，主要表現為彈性模量和抗折強度增高，在水泥砼中起到類似微型鋼筋的作用，在破壞處則起到粘結作用，進一步增加破壞時需產生的力值和能量；玄武巖纖維屬于無機材料，其優越的相容性能使其與水泥砼形成整體，在拌和均勻時使其分散均勻，整體均勻受力，能減少拌和不均勻而導致的局部應力集中現象。

3　玄武巖纖維摻量對砼耐磨性的影響

耐磨性試驗用于檢測砼表面抵抗磨損的能力。試驗用水泥砼中水泥∶砂∶碎石∶水∶外加劑=1 ∶1.81∶3.51∶0.31∶0.01（見表16）。對該配合比水泥砼分別按基準、纖維摻量0.1％和纖維摻量0.2％制作3組試件進行耐磨性試驗，結果見表17、圖4。從試驗結果來看，隨著玄武巖纖維的摻入，水泥砼的耐磨耗性能得到較大改善。

表16　水泥砼最佳配合比

表17　不同玄武巖纖維摻量水泥砼耐磨性能檢測結果

圖4　玄武巖纖維摻量與磨耗量的關系

4　結論

玄武巖纖維的摻入，使水泥砼的抗折力學性能得到較大改善，但玄武巖纖維摻量從0.1％增加到0.2％，水泥砼的抗折力學性能并未顯著提高。其原因是由于固定水泥質量所吸附的纖維達到上限，還是因試驗人員、養護環境的影響，有待更深入探究。在耐磨耗性能上，玄武巖纖維的摻入，使水泥砼的磨耗量下降明顯，相比于未摻纖維的基準水泥砼， 0.1％纖維摻量水泥砼的磨耗量下降5.302％；相比于0.1％摻量水泥砼，0.2％摻量水泥砼的磨耗量下降達9.79％。是否玄武巖纖維摻量越高，水泥砼的磨耗量下降越快，值得更深入研究。

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U416.216

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1671-2668（2016）01-0121-05

2015-09-24