玄武巖纖維與聚丙烯纖維混雜活性粉末混凝土抗滲性能研究

王 艷

（山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041051）

0 引言

近年來，對混凝土的研究越來越細化，以纖維混凝土和高強混凝土為代表的新型混凝土技術得到了長足發展。在此基礎之上出現的活性粉末混凝土是以上兩者的有機結合[1]。活性粉末混凝土具有密實度高、力學強度高，抗滲性及超長使用壽命的特點，在橋隧工程中應用越來越多，具有廣闊的推廣應用價值。不過，活性粉末混凝土材料造價偏高，其主要原材料硅灰的價格在3 000元/t左右，加之我國硅灰資源匱乏，在一定程度上限制了活性粉末混凝土的推廣。且在應用過程中發現，由于氯離子的存在和除雪化冰融雪劑的大量使用，常用的活性粉末混凝土中添加的鋼纖維極易銹蝕，對活性粉末混凝土的耐久性和力學強度存在影響[2-3]，找尋鋼纖維的代替材料一直是工程研究的熱點。玄武巖纖維因其密度小、耐酸堿的特性成為主要的替代物質。聚丙烯纖維具有模量低、質量輕的特點，且與高模量的玄武巖纖維配合使用在力學性能上具有協同作用，目前被大量研究。

因此，本文利用玄武巖纖維與聚丙烯纖維替代鋼纖維制備混雜纖維活性粉末混凝土，并研究其抗滲透性能。通過混凝土氯離子電通量實驗反映混雜纖維活性粉末混凝土的耐久性。

1 主要原材料

1.1 玄武巖纖維

本實驗玄武巖纖維由山西晉投玄武巖開發有限公司提供，具有較高的抗拉強度，能顯著提高混凝土成型后的強度和韌性，起到類似橋加固的效果。具體技術指標見表1。

表1 玄武巖纖維技術指標

1.2 聚丙烯纖維

本實驗丙烯纖維由山東濱州魯峰網業有限公司提供，聚丙烯纖維模量較低、彈性好、耐磨、耐腐蝕，在混凝土硬化中起到約束作用，與玄武巖纖維起到性能互補的作用。在應用過程中，聚丙烯纖維較不易拌合，所用時間較長，且易團聚，具體技術指標見表2。

表2 聚丙烯纖維技術指標

1.3 硅灰

硅灰又名微硅粉，是發電產生的副產物，他的直徑非常微小，能很好地填充水泥之間的縫隙，使得整個結構密實。同時硅灰能與水泥中的水化物發生二次凝膠，促進其中水化物的數量，從而使得混凝土內部界面提高。本文采用的是武漢紐瑞琪新材料有限公司制備的硅灰。指標見表3。

表3 硅灰主要技術指標

2 混雜纖維活性粉末混凝土滲透性能的評價指標

本文采用電通量法測試混雜纖維活性粉末混凝土的抗滲性，采用混凝土智能真空飽水機飽水后，采用混凝土電通量儀測定電通量和混雜纖維活性粉末混凝土的滲透性能。具體的評價指標見表4。

表4 混凝土電通量評價指標

3 實驗配合比

按照表5的配比分別制備電通量試件，后切割試件尺寸至φ100×50 mm。將試件放入真空保水劑進行飽水，后測定各個時間的360′的電通量。分別測定玄武巖纖維、聚丙烯纖維和混雜玄武巖纖維、聚丙烯纖維在不同纖維變量下的的抗滲性能。

表5 混雜纖維抗滲性能材料配合比 g

4 結果與討論

4.1 單摻玄武巖纖維混凝土試件電通量

圖1是表5中編號5～8試件和編號13未摻纖維空白樣試件的電通量測試結果圖，從圖1中看出，摻加玄武巖纖維的粉末混凝土的電通量試驗數據隨時間在逐漸增長，到6 h時達到最大值。對比幾組試驗的測試結果，當玄武巖纖維摻量升高時，隨著纖維總量的增加，纖維在混凝土內部分布排列的更加均勻，整體更加密實，可有效減少水化過程中因應力集中而出現的混凝土集體內部缺陷，較少滲水通道，從而提高混凝土集體的抗滲透性能。但當玄武巖纖維摻量大于4 kg/m3時，其電通量上升，抗滲透性降低。后經切樣分析發現是玄武巖纖維在整個試塊中易分布不均勻，發生聚集，尤其是在表面的聚集，形成新的滲透界面，纖維在試件中沒有起到應有的作用。

圖1 單摻玄武巖纖維混凝土的電通量

4.2 單摻聚丙烯纖維混凝土試件電通量

圖2 單摻聚丙烯纖維混凝土的電通量

圖2是表5中編號9～12試件和編號13未摻纖維空白樣試件的電通量測試結果圖，從圖2中看出，摻加聚丙烯纖維的粉末混凝土的電通量試驗數據隨時間在逐漸增長，且增加的幅度整體比較均衡，離散較小。混凝土試件的電通量隨著纖維含量的增加而逐漸降低，當摻量最大達0.8 kg/m3時，電通量最低，抗滲透性能最好。對比未摻加聚丙烯纖維的空白樣，發現空白樣試件的電通量值最大，抗滲透性能最差。因聚丙烯纖維單體較輕，同等質量下較玄武巖纖維數量更多，且其彈性模量相對較低，摻量最大時，聚丙烯纖維能有效分布在試件基體中，提高滲透性能，滲水路徑減少。

對比以上兩種纖維，玄武巖纖維密度較聚丙烯纖維密度更大，相同重量下的玄武巖纖維體積是聚丙烯纖維體積的10%。對于混凝土的電通量測試來說，當電通量低于50時，混凝土的氯離子滲透性基本可以忽略，對比單摻兩種纖維的電通量測試結果。在相同體積摻量下，單摻玄武巖纖維的混凝土電通量更低，在增加混凝土密實性，降低氯離子通透性上玄武巖纖維較聚丙烯纖維起主要作用。

4.3 混雜纖維混凝土試件電通量

以玄武巖纖維摻量的最佳值4 kg/m3為固定值，以聚丙烯纖維為變量，測定混摻玄武巖纖維和聚丙烯纖維的滲透效果，結合表5中編號1～4試件和整合電通量實驗數據得到圖3。

圖3 混雜纖維電通量

從圖3可以看出，各個混凝土試件基體的電通量均呈現一個隨時間遞增的態勢，在達到6 h時達到最大值。其中聚丙烯纖維摻量為0 kg/m3時，電通量較高，當聚丙烯纖維摻量為0.6 kg/m3時，電通量達到最小值，聚丙烯纖維摻量繼續增加，其電通量隨之增加。造成這種現象的原因是兩種纖維的粒徑和模量不同，玄武巖纖維較之聚丙烯纖維其粒徑更細微，在基體中抗滲透性能更好。在固定玄武巖纖維的情況下，增加聚丙烯纖維的體積摻量，因表面能不同、粒徑不同，混凝土時間基體的密實性增加，試件基體電通量逐漸下降。當聚丙烯纖維總量達到0.6 kg/m3，基體內纖維總量的分布效果最好。繼續增加聚丙烯纖維總量，由于單位體積內的纖維超過其總量最佳臨界值，低彈性模量聚丙烯纖維易與玄武巖纖維發生纏繞、雜亂、團聚的現象，難于攪拌均勻，造成混凝土試件表面存在較多危險界面，提高微裂紋出現的可能性，為水的滲透提供了新通道，從而導致電通量上升。

5 總結

摻加玄武巖纖維或是聚丙烯纖維的活性粉末混凝土，其抗氯離子滲透性都優于普通活性粉末混凝土，且以混雜纖維活性粉末混凝土的抗氯離子滲透性最強。玄武巖纖維與聚丙烯纖維混雜的活性粉末混凝土其抗滲性能主要由玄武巖纖維摻量決定，兩種纖維混雜其抗滲透性整體上呈現變強的趨勢，但纖維含量均會出現混凝土內部纖維分布不均勻，易在混凝土表面出現新的危險界面，提高微裂紋出現的可能性，為水的滲透提供了新通道，從而又導致電通量上升。