纖維水泥基自密實補強材料流動性能試驗研究

楊昱，蔡懷森

（1.鄭州市水利建筑勘測設計院，河南 鄭州 450006；2.黃河水利委員會黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003）

1自密實補強材料流動性能試驗

1.1 原材料

試驗所用原材料為P·O42.5 水泥、離效減水劑、礦粉、硅粉、消泡劑。

1.2 流動性能試驗

1.2.1 針對強度的配合比優化

1.2.1.1 硅粉對自密實補強材料的影響

流動度隨著硅粉摻量的增加而降低，1 d 強度隨著硅粉摻量的增加而提高。硅粉的加入對提高早期強度有利，但會降低材料的流動性。所以，需要結合其他參數綜合考慮其合適的摻量。

1.2.1.2 水灰比對自密實補強材料的影響

流動度隨著水灰比的增大而增大，1 d強度隨著水灰比的增大而減小。在保證1 d強度的情況下，需要加入摻和材料，此時原來能滿足流動性的小水灰比已不能滿足要求，需要相應增大水灰比。

1.2.1.3 礦粉對自密實補強材料的影響

試驗結果表明，流動度隨著礦粉摻量的增加而減小，1 d強度隨著礦粉強度的增加而增大。水灰比為0.40，礦粉摻量為1%時，流動度滿足要求，同時1 d 抗壓強度也達到20 MPa 以上。而水灰比為0.40，礦粉摻量為1.50%時，雖然1 d抗壓強度繼續增大，但此時流動度明顯減小。

綜合考慮材料的流動度和1 d強度，確定自密實補強材料（不含纖維）的試驗配合比的水膠比、膠砂比、礦粉摻量、減水劑摻量、消泡劑摻量、硅粉摻量分別為0.40、1：1.80、1.00%、2.00%、0.50%、2.00%。

2 纖維自密實補強材料流動性試驗

選擇長度為12 mm的PP纖維和PVA纖維進行試驗。該部分試驗的主要內容為流動性。試驗結果見表1。

表1 纖維自密實補強材料流動性試驗結果表

由試驗結果可以看出，隨著纖維摻量的增加材料的流動度呈明顯的降低趨勢。在確定的自密實補強材料（不含纖維）配合比的基礎上加入纖維，PP 纖維摻量為0.30、0.50、0.70 kg/m3時，相比纖維摻量為0時，初始流動度降低幅度分別為12.90%、18.20%、30.1%。PVA 纖維摻量為0.30、0.50、0.70 kg/m3時，相比纖維摻量為0 時，初始流動度降低幅度分別為16.90%、24.80%、33.10%。PVA纖維的降低幅度要大于PP纖維。

通過變化膠砂比至1：1.50，可以使纖維摻量為0.70 kg/m3時的材料滿足流動性要求。但是，如果繼續增加纖維摻量，通過試驗增大水灰比仍然不能是材料獲得良好的流動性。若繼續調整膠砂比，勢必會使膠凝材料大幅增加。綜合考慮，選擇纖維自密實補強材料的基準配合比的水膠比、膠砂比、礦粉摻量、減水劑摻量、消泡劑摻量、硅粉摻量分別為0.40、1：1.50、1.00%、2.00%、0.50%、2.00%。纖維最大摻量選擇為0.70 kg/m3。

考慮工程時效，文章分析了纖維摻量與30 min流動度的關系（見圖1）。纖維摻量在0～0.70 kg/m3變動時，其和流動度有較好的線性相關性。

圖1 纖維摻量和30 min流動度關系圖

式（1）（2）中：Y—流動度（mm）；X—纖維摻量（kg/m3）；R—相關系數。

3 纖維在水泥基復合材料中的分散性能

3.1 纖維均勻分散性評價方法

式中：纖維完全均勻分布情況下，每一試樣中所含纖維數完全一致時，ψ（x）=0，β=1；β能反映出纖維的分散情況，纖維分散不均勻趨于集中的程度越嚴重，則β就越偏離1。因此β一般0～1，ψ（x）越接近0，β越接近1，表示纖維分散性越好。β和ψ（x）可反映出纖維在統計意義上的分散均勻性。采用水洗法評價纖維在水泥基復合材料中的分散性。

3.2 纖維分散試驗結果

選用長度為12 mm的PP纖維進行試驗。投料順序為：骨料→纖維→水泥→拌合水。骨料、纖維、水泥加入攪拌機后，先干拌一分鐘，然后加入拌合水進行攪拌。試驗采用上述投料順序對拌和時間對纖維分散的影響進行了試驗。攪拌1 min纖維的分散系數為869.93×10-3，效果較差；延長攪拌時間至3 min，纖維的分散系數為962.74×10-3，此時的分散效果較好。

4 結論

①摻量大于0.70 kg/m3時嚴重影響拌合物流動性。②試驗參數優化，獲得滿足流動性和強度要求的纖維自密實補強材料。③纖維摻量0～0.70 kg/m3和30 min 流動度有較好的線性相關性。④延長攪拌時間至3 min可提高纖維在自密實補強材料中的分散效果。