基于正交試驗礦物纖維混凝土性能的研究

李化東

摘 要：作為一種名副其實的綠色、環保材料，礦物纖維以其良好的穩定性、電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等優勢性能，廣泛應用于水泥混凝土領域。較鋼纖維、聚丙烯等纖維更具高性價比，將其摻入混凝土可顯著提高混凝土抗彎拉強度和抗裂性能。采用正交試驗方法，分析水灰比、纖維摻加量、纖維長度、纖維直徑等因素對混凝土的抗壓強度和抗彎拉強度的影響。

關鍵詞：礦物纖維混凝土；正交試驗；抗壓強度；抗彎拉強度

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A

0.引言

近年來，綠色、環保的建筑材料受到各行各業的青睞。礦物纖維以其良好的穩定性、電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等優勢性能，廣泛應用于水泥混凝土工程領域中。傳統混凝土存在著抗彎拉強度低、容易開裂等缺點，現代混凝土結構已對混凝土的抗彎拉強度提出了更高的要求。在普通混凝土中摻入礦物纖維即可提高其力學強度，又可良好地改善其耐磨和脆性性能。因而，對于纖維混凝土的研究已經成為目前水泥混凝土領域的熱點。

1.正交試驗設計

正交試驗設計是根據因子設計的分式原理，采用由組合理論推導的正交表來安排設計試驗，它的優點是能在眾多試驗方案中優選出代表性強的少數試驗方案進行試驗，并通過結果分析推斷出最優方案。

1.1原材料試驗

水泥采用長春亞泰普通硅酸鹽水泥P·O42.5，其細度、凝結時間、安定性、強度等各項性能指標均合格；粗集料采用5～25連續級配石灰巖，各項指標合格；細骨料選用細度模數為3.1的天然河砂；礦物纖維選用南方某礦物纖維有限公司產品，主要性能見表1；減水劑采用聚羧酸型高效減水劑，摻量為1%。

1.2試驗因素和方案選擇

影響水泥混凝土的抗壓、抗彎拉等強度性能的因素眾多，利用正交試驗，通過多因素多水平共同作用組合下的礦物纖維水泥混凝土力學性能分析，確定各因素對混凝土性能的影響情況。本文采用四因素三水平的正交試驗方案，對礦物纖維混凝土度性能影響程度進行分析。

混凝土目標設計強度等級選擇C40，制備標準尺寸（150mm×150mm×550mm）小梁抗彎拉強度試件，在標準養護條件養護28d后，對試件先進行抗彎拉強度試驗，再繼續對折斷后混凝土試件進行抗壓強度試驗。選擇水灰比、纖維摻量、水泥用量、砂率4個影響因素，每個因素對應3個水平進行正交試驗設計，各影響因素設計見表2。

吉林省教育廳十三五科學技術研究項目（ 吉教科合字 [2016] 第537號） 資助。

測定所得礦物纖維混凝土28天齡期時的抗彎拉強度試驗和抗壓強度試驗結果，見表3。

2.正交試驗結果及分析

通過對表3、表4中3個水平四因素綜合作用下的試驗數據進行比對和數值分析，對于礦物纖維水泥混凝土的抗彎拉強度、抗壓強度的性能影響程度可從上述試驗結果得出如下結論：

（1）在水灰比、纖維摻量、水泥用量、砂率4個影響因素中，礦物纖維摻量對混凝土抗彎拉強度的影響最大，隨著纖維摻量的增加其影響呈現出先增后減的態勢；水灰比對礦物纖維混凝土的抗彎拉強度的影響也較大，水灰比的越大，抗彎拉強度降低越多。水泥用量和砂率對于礦物纖維混凝土抗彎拉強度都會產生一定程度的影響，但影響程度不是十分明顯。

4個影響因素對于礦物纖維混凝土抗彎拉強度的影響程度順序為：纖維摻量>水灰比>砂率>水泥用量。

（2）在水灰比、纖維摻量、水泥用量、砂率4個影響因素中，水灰比和纖維摻量都會對礦物纖維混凝土的抗壓強度產生比較大的影響，將兩者進行比較，水灰比的影響程度更加明顯。當水灰比不繼增大時，礦物纖維混凝土的抗壓強度也會出現遞減的態勢。隨著礦物纖維摻量的增加，混凝土的抗壓強度也會出現先增后減的態勢。水泥用量對混凝土抗壓強度的影響要大于砂率對抗壓強度的影響程度。

4個影響因素對于礦物纖維混凝土抗壓強度的影響程度順序為：水灰比>纖維摻量>水泥用量>砂率。

結語

本文采用正交試驗方案設計，在影響礦物纖維混凝土性能的多種因素中，分析水灰比、纖維摻量、水泥用量和砂率4個影響因素對礦物纖維混凝土性能的影響，通過對所得試驗結果數據分析得出如下結論：

（1）對于礦物纖維混凝土抗壓強度的影響程度順序為：纖維摻量>水灰比>砂率>水泥用量。

（2）對于礦物纖維混凝土抗彎拉強度的影響程度順序為：水灰比>纖維摻量>水泥用量>砂率。

參考文獻

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