大摻量粉煤灰玄武巖纖維混凝土的性能研究

朱研文 高文婧 李會俠 姜 濤 戰(zhàn)美秋

（吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院 吉林長春 130118）

引言

粉煤灰取代水泥不僅節(jié)約水泥，降低工程造價，減輕環(huán)境負荷，而且其微細集料及活性效應(yīng)等，能夠細化混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，改善微觀結(jié)構(gòu)，混凝土的性能得到改善。在粉煤灰混凝土中添加纖維，不僅可以提高其抗裂能力，改善干燥收縮，還可以改善混凝土的耐久性能。而玄武巖纖維作為一種新型環(huán)保無機纖維，與聚丙烯纖維等其他纖維相比，具有彈性模量和拉伸強度高、耐腐蝕、抗裂性能以及混凝土親和力好等優(yōu)點。本文本研究結(jié)合實際混凝土工程研究大摻量粉煤灰玄武巖纖維混凝土的抗壓強度、抗凍性能、抗硫酸鹽腐蝕性能，為大摻量粉煤灰混凝土在工程建設(shè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 試驗研究

1.1 試驗原材料

水泥：吉林亞泰水泥有限公司生產(chǎn)的32.5#普通硅酸鹽水泥。聚羧酸高效減水劑：摻量占膠凝材料0.3%。

砂：中砂。石子：最粒徑范圍5～20mm。

粉煤灰：河南鄭州Ⅰ級粉煤灰，具體化學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 粉煤灰的化學(xué)成分

玄武巖纖維：吉林省玖鑫玄武巖有限公司生產(chǎn)的玄武巖短切纖維，基本物理性能指標(biāo)見表2。

表2 玄武巖纖維的物理性能

1.2 試驗方案

根據(jù)前期試驗，采用混凝土基本配合比為：砂子615kg，石子1222kg，水泥378kg，一級粉煤灰10～40%超量取代水泥，玄武巖纖維長度變化10～25mm，摻量占總重0.2%。配比中水用量0.98～1.11kg，實際用量根據(jù)新拌砂漿流動度確定。進行了三因素四水平正交實驗，每組試驗試塊數(shù)量12組。根據(jù)《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50107-2010）進行混凝土強度試驗，《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GBT50082-2009）進行56d后濕循環(huán)腐蝕及凍融循環(huán)試驗。

2 實驗結(jié)果分析

根據(jù)三因素四水平正交實驗結(jié)果進行分析，實驗分析結(jié)果如圖1～4。

圖1 粉煤灰摻量（%）

圖2 玄武巖纖維（mm）

圖3 粉煤灰摻量（%）

圖4 玄武巖纖維（mm）

粉煤灰混凝土后期強度增幅提高明顯。主要是由于隨著齡期的增長，粉煤灰活性提高，火山灰反應(yīng)速度加快，強度提高。玄武巖纖維粉煤灰混凝土粉煤灰40%超量取代水泥時，56d強度可滿足28d的材料強度要求。玄武巖纖維在摻量不變的情況下，隨著纖維長度的增加，混凝土的強度先下降后上升，說明玄武巖纖維自身與混凝土膠凝材料的相互粘結(jié)力不高，纖維長度較大的玄武巖纖維在混凝土受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫后，裂縫界面處的交聯(lián)作用明顯。

粉煤灰超量10～30%相比基準(zhǔn)混凝土抗腐蝕能力有所提升，主要是由于硫酸根離子與水泥石中的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)生成鈣礬石，生成的產(chǎn)物溶解度較小，結(jié)合大量的結(jié)晶水，體積增大，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，引起混凝土開裂損傷。粉煤灰的摻入減少了水泥的用量，降低了混凝土中的C3A的含量，其活性效應(yīng)能夠降低Ca（OH）2含量，與SO42-離子反應(yīng)的Ca（OH）2也隨之減少，石膏和鈣釩石的生成量也相應(yīng)減少，減緩了結(jié)晶膨脹。同時其生成的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等膠凝物質(zhì)，對混凝土起到增強作用和填充混凝土中的空隙，改善了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強了混凝土的致密性[1]。當(dāng)粉煤灰超量替代水泥超過30%時，抗硫酸鹽腐蝕能力降低明顯，這可能由于較大摻量降低了反應(yīng)速度，混凝土的致密度下降，連通孔增多的緣故。玄武巖纖維摻量占總重0.2%不變時，25mm的玄武巖纖維對混凝土抗硫酸鹽腐蝕的效果較為明顯。主要是由于玄武巖纖維能夠適當(dāng)阻止混凝土硬化前連通裂縫的產(chǎn)生，防止連通孔的形成，改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[2]，增強混凝土的抗?jié)B能力。

粉煤灰超量取代水泥量小于30%內(nèi)變化時，對混凝土的抗凍能力影響不明顯，超量取代率超過40%時，混凝土的抗凍能力影響不明顯玄武巖纖維摻量占總重0.2%不變時，25mm的玄武巖纖維對限制因冰凍產(chǎn)生的膨脹與裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土的抗凍性能有促進作用。

3 結(jié)論

（1）粉煤灰超量取代率為40%時，玄武巖纖維混凝土的56d抗壓強度完全能夠達到28d基準(zhǔn)混凝土強度值。

（2）玄武巖纖維摻量占總重0.2%不變時，25mm的玄武巖纖維的對混凝土抗壓強度及抗腐蝕的作用效果較為明顯。

（3）粉煤灰超量取代率在10～30%有利于混凝土的抗硫酸鹽腐蝕性提高，對抗凍性影響不明顯；當(dāng)超過40%時，混凝土的抗硫酸鹽腐蝕性能、抗凍性能明顯降低。

（4）本實驗雖得到部分結(jié)論，還需要進一步研究。如玄武巖纖維與混凝土材料之間的膠結(jié)力的提高與纖維長度變化的關(guān)系等等。