磷渣纖維混凝土抗滲性能研究

代旭東，鄧建華， 楊 壯，杜 凱

(貴州大學 土木工程學院，貴州 貴陽 550025)

磷渣是一種生產黃磷時生成的有害物質，每生產1t磷通常要生成8t左右的磷渣。我國作為生產大國，每年有大量的磷渣生產并堆積，其中的有害物質滲透進入土壤造成土地污染。而將磷渣作為摻合料加入混凝土可以有效緩解這一問題，消耗有害固體廢料的同時降低混凝土成本。將磷渣應用到混凝土中有較好的前景[1- 2]，戈雪良[3]對磷渣粉水工混凝土的物理性能如強度、彈模、體積變形等進行了研究后認為，摻入磷渣粉后的水工混凝土的部分性能得到了改善，并且如果將之應用于大壩，有利于大壩安全。

現已有將磷渣應用到水工混凝土的實例，如貴州索風營水電站的碾壓混凝土壩便采用了粉煤灰與磷渣混摻技術[4]，林育強研究了磷渣的化學成分、微觀性能以及磷渣混凝土的物理性能、熱力學性能、耐久性能等并將之應用到沙陀水電站大壩碾壓混凝土[5]。

水工混凝土結構由于其工作環境復雜導致其對于混凝土的抗滲性能要求較高。而在混凝土中加入纖維可以使得其滲透性減小。Mobasher[6]等學者研究認為混凝土的抗滲透性能隨孔隙率的提高而降低。劉倩文[7]研究認為聚丙烯纖維的摻入顯著提高了混凝土抗滲透性能。李冬[8]采用超聲波測量對鋼纖維混凝土與聚丙烯混凝土的滲透性能進行了研究，其結論認為聚丙烯纖維的加入可以增強開裂混凝土的抗滲性能。馬偉麗[9]在不同水壓條件下對不同纖維摻量的纖維混凝土進行損傷滲透性試驗，其結論認為纖維混凝土試件損傷后的滲透流量皆小于未摻入纖維的混凝土。

而鐘秉章[10]探討了聚丙烯纖維混凝土在水下結構、板式混凝土結構、橋梁路面工程、噴射混凝土等工程的應用前景，認為聚丙烯纖維混凝土在水利水電工程具有較為廣泛的應用前景。

隨著工程技術的進步，聚丙烯纖維現已有工程應用實例。余淑紅[11]分析了疏勒河灌區昌馬舊總干渠在服役期間所產生的各種問題，并認為可以采用耐磨性、抗沖擊性且相比之下較為經濟的聚丙烯混凝土作為襯砌材料對總干渠進行結構修復，此舉有效地延長了總干渠的服役壽命。陳攀[12]分析了巴家咀水庫加固工程，認為聚丙烯纖維混凝土在加固工程聚丙烯混凝土拌合過程中所采用的分時、分量投入聚丙烯纖維辦法有效地解決了聚丙烯纖維混凝土的攪拌問題，使之成功地運用在工程中。

水工結構所使用的水工混凝土由于其用方量較大，在大量消耗磷渣的同時可以節約工程成本。而在其中加入聚丙烯纖維可以使得其抗滲性能提高。但現有成果對此研究不多，若要將之作為水工混凝土應用到工程實際，則有必要對其抗滲性能進行研究。

1 試驗

本文對不同纖維摻量(0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%)下磷渣混凝土的立方體抗壓強度與抗滲性能進行研究，所澆筑試件數量見表1。

表1 試件澆筑數量表

本試驗所采用的纖維為聚丙烯纖維，其物理參數見表2。磷渣來源于貴陽某廠生產，其混凝土抗壓強度應力應變曲線由RMT- 301b巖石與混凝土試驗系統測定，抗滲性能由HP- 4.0混凝土滲透儀測定。

表2 聚丙烯纖維物理指標

1.1 混凝土立方體抗壓試驗

本試驗對0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%聚丙烯纖維體積摻量的磷渣混凝土，按照現行國家標準GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行混凝土立方體抗壓試驗，采用150mm×150mm×150mm標準立方體試件。本文設計混凝土等級為C40，RMT- 301b巖石與混凝土試驗系統正常使用量程為1200KN且具有數字伺服器，可均勻連續地加載，采用RMT- 301b巖石與混凝土試驗系統可對立方體混凝土試件進行應力應變曲線測定。

1.2 混凝土抗滲試驗

本試驗對0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%聚丙烯纖維體積摻量的磷渣混凝土，按照現行國家標準GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》的規定進行混凝土抗滲試驗。采用上口內直徑為175mm，下口內直徑為185mm的圓臺體試模澆筑試件。試件脫模后等待28d齡期，28d齡期時將石蠟放入220℃烘箱烘5min后融化加2%的松香進行密封。試件準備好后，啟動抗滲儀，扭動6個試位閥門，排空其中管道空氣，使水從6個孔中滲出，并將初始壓力調整至0.1MPa，隨后關閉6個試位下的閥門后將試件安裝至抗滲儀上。

本試驗采用逐級加壓法，其水壓從0.1MPa開始，每8小時加0.1MPa，加至6個試件有3個試件表面出現滲水時停止試驗。

2 試驗結果及分析

對混凝土立方體試件進行抗壓試驗后所得結果如圖1所示，從圖中可以看出其數據符合本次試驗混凝土設計等級C40，其立方體抗壓強度隨著纖維摻量的增大而逐漸減小，并在纖維摻量為1.2%時取得最小值。當纖維摻量為0.8%時，下降幅度最大。但總體立方體抗壓強度數據均大于40MPa。雖然立方體抗壓強度隨著纖維摻量的增大而逐漸減小，但總體下降范圍在3MPa以內。

圖1 立方體抗壓強度隨纖維摻量變化圖

對混凝土圓臺體試件進行抗滲透試驗后所得結果如圖2所示，從圖中可以看出其抗滲透性能隨纖維摻量的增大呈現先增大后減小的趨勢。在纖維摻量為0.6%時其所能承受的水壓力值為最大，但總體基本都比未摻入纖維的混凝土抗滲透性能要好，這說明纖維的摻入有效地降低了混凝土的滲透性。良好的抗滲透性能使其更為適用于水工結構物中。

圖2 混凝土最大水壓力隨纖維摻量變化圖

3 結論

(1)隨著混凝土中纖維摻量的增多，其立方體抗壓強度呈現下降的趨勢并在纖維摻量為1.2%時取得最小值。雖然立方體抗壓強度隨著纖維摻量的增大而逐漸減小，但總體而言立方體抗壓強度數據均大于40MPa，滿足本次試驗混凝土設計等級C40。

(2)其抗滲透性能隨纖維摻量的增大呈現先增大后減小的趨勢。在纖維摻量為0.6%時其所能承受的水壓力值為最大，但總體基本都比未摻入纖維的混凝土抗滲透性能要好。

(3)磷渣混凝土在摻入適量的纖維后其抗滲透性能得到了提升，使其可以更為適用于類似水工結構物所處的復雜環境。