劍麻纖維長度對自密實輕骨料混凝土性能的影響

聶 浩,付希堯

(廣西建設職業技術學院,廣西 南寧 530007)

0 前 言

自密實輕骨料混凝(SCLC)是指能夠在重力作用下自動填充模板,且表觀密度小于1 950 kg/m3的新型高性能混凝土,它解決了普通混凝土自重大和施工時需要振搗擾民等問題,但是并沒有解決混凝土的韌性和抗裂性差等缺點[1-2]。目前,國內外主要選用鋼纖維和合成纖維(聚丙烯、尼龍等)作為增強劑來增強混凝土的韌性和抗裂性能,而選用植物纖維作為增強劑的研究比較少見。本試驗結合廣西區域特色,選用植物纖維中劍麻纖維作為增強材料,主要是因為劍麻纖維來源廣、價格低、可再生、拉伸強度高,且具有良好的物理特性及加工工藝性,是代替合成纖維的理想材料之一[3]。本文參考《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081—2002)和《自密實混凝土應用技術規程》(JGJT 283—2012),通過選用不同長度的劍麻纖維進行試驗,研究其對強度等級C40自密實輕骨料混凝土容重、流動性、抗壓強度、劈裂抗拉強度及彈性模量的影響。

1 試驗部分

1.1 原材料

水泥：采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥；參考《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)國家標準。

陶粒：湖北宜昌寶珠陶粒有限公司生產的700級頁巖圓球型陶粒,相關參數見表1。

表1 陶粒的主要技術指標

砂：中砂。

粉煤灰：I級灰,密度2.24 g/cm3,比表面積423 m2/kg。

減水劑：采用聚羧酸系高效減水劑,粉劑,減水率達30%。

劍麻纖維：選用廣西劍麻集團生產的劍麻纖維成品,將劍麻纖維剪成5、10和15 mm的不同長度,技術指標見表2。

表2 廣西劍麻集團劍麻纖維技術指標

1.2 自密實輕骨料混凝土配合比

本試驗研究依據《自密實混凝土應用技術規程》(JGJT 283—2012)中絕對體積法計算及實驗室試配確定各種材料用量。其中,水灰比為0.28,陶粒體積摻量為0.42,減水劑摻量為膠凝材料的1.23%,粉煤灰采用等量法取代27%的水泥。將5、10和15 mm不同長度的劍麻纖維均以2 kg/m3的摻量摻入自密實輕骨料混凝土中,并考慮劍麻纖維吸水性,附加劍麻纖維的吸水量。試驗具體數據見表3。

表3 劍麻纖維增強自密實輕骨料混凝土配合比

2 試驗結果與分析

2.1 混凝土容重

混凝土容重見圖1,由圖1表明：摻入劍麻纖維顯著降低了自密實輕骨料混凝土的容重,大約降低80 kg/m3；自密實輕骨料混凝土容重只與劍麻纖維摻量多少有關,與長度無關。主要是因為自密實輕骨料混凝土在攪拌配制過程中,劍麻纖維吸收水分體積膨脹,干燥后水分蒸發,體積收縮,從而增加了自密實輕骨料混凝土與劍麻纖維之間的空隙,降低了自密實輕骨料混凝土的容重。劍麻纖維摻量一定,長度增加,相當于減少了劍麻纖維數量,但并沒有改變劍麻纖維摻入的體積率,所以對自密實輕骨料混凝土容重沒有影響。

圖1 劍麻纖維增強自密實輕骨料混凝土容重

2.2 混凝土流動性

混凝土流動性見圖2,從圖2可以看出：自密實輕骨料混凝土的流動擴展度隨摻入劍麻纖維長度增大而呈降低趨勢,摻入的劍麻纖維長度越長,流動擴展度降低幅度越大,依次降低12.3%、18.7%和23.3%。其主要原因是劍麻纖維在自密實輕骨料混凝土中散亂分布、相互搭接,阻礙了粗骨料的沉降,增強了水泥漿與粗骨料之間的包裹性,從而提高了混凝土的整體性,降低了流動性；劍麻纖維越長,水泥漿與粗骨料之間的包裹力越大,降低幅度越大[4]。

圖2 劍麻纖維增強自密實輕骨料混凝土流動擴展度

2.3 混凝土抗壓強度

抗壓強度見圖3,從圖3可以看出：摻入劍麻纖維,降低了自密實輕骨料混凝土的抗壓強度；劍麻纖維長度從5 mm增加到15 mm,自密實輕骨料混凝土抗壓強度呈先增加后降低趨勢。其主要原因是劍麻纖維表面吸附的水分降低了周圍水泥漿的濃度,使劍麻纖維與水泥漿之間產生了薄弱界面,增加了空隙率,從而降低了自密實輕骨料混凝土的抗壓強度；劍麻纖維長度從5 mm增加到15 mm,抗壓強度先增加后降低,主要是因為混凝土試塊在承受壓力過程中,劍麻纖維約束混凝土橫向變形,當纖維長度過短,容易從混凝土中拔出,當長度過長,則劍麻纖維數量不夠,容易拉斷,無法約束混凝土的橫向變形,所以摻入的劍麻纖維長度為10 mm時,混凝土抗壓強度略有上升[5]。

圖3 劍麻纖維增強自密實輕骨料混凝土抗壓強度

2.4 混凝土劈裂抗拉強度

抗拉強度見圖4。

圖4 劍麻纖維增強自密實輕骨料混凝土劈裂抗拉強度

從圖4可以看出：摻入劍麻纖維,自密實輕骨料混凝土劈裂抗拉強度提升顯著,最大提升幅度達45.3%；劈裂抗拉強度隨劍麻纖維長度的增加呈先增長后降低的趨勢。其主要原因是：劍麻纖維長度太短,有效粘結面小,容易拔出,不能充分利用纖維抗拉強度；長度太長,在拌制過程中容易成團,不能均勻分散,增添了混凝土內部缺陷,同時,摻入體積一定,長度增長,數量減少,則截面積上承受拉應力的劍麻纖維數量減少,造成混凝土抗拉強度下降[6]。

2.5 混凝土彈性模量

劍麻纖維長度對自密實輕骨料混凝土彈性模量的影響,見圖5。

圖5 劍麻纖維增強自密實輕骨料混凝土彈性模量

從圖5可以看出,摻入劍麻纖維降低了自密實輕骨料混凝土彈性模量,摻入的劍麻纖維長度越長,降低幅度越大,最大降低幅度為18.52%。主要原因：①因為劍麻纖維的彈性模量低于自密實輕骨料混凝土；②因為劍麻纖維表面與自密實輕骨料混凝土基體之間存在薄弱界面和間隙,這些薄弱界面和間隙增加了自密實輕骨料混凝土的孔隙率,降低了強度及彈性模量[6]。

3 結 論

1)自密實輕骨料混凝土容重只與劍麻纖維摻量大小有關,與長度無關。

2)摻入劍麻纖維,能夠降低自密實輕骨料混凝土的流動擴展度和抗壓強度；劍麻纖維長度從5 mm增加到15 mm,自密實輕骨料混凝土流動擴展度降低幅度增大,抗壓強度呈先增加后降低變化。

3)摻入劍麻纖維,自密實輕骨料混凝土劈裂抗拉強度顯著提升,且隨劍麻纖維長度的增加,劈裂抗拉強度呈先增長后降低的趨勢。

4)摻入劍麻纖維能夠降低自密實輕骨料混凝土的彈性模量,摻入的劍麻纖維長度越長,降低幅度越大,最大降低幅度為18.52%。

[ID:009557]