短切玄武巖纖維摻量對泵送混凝土的影響研究

摘要： 短切玄武巖纖維作為一種新型無機纖維材料，具有抗拉強度高、抗裂性能好、性價比高等優點。通過試驗研究，分析了短切玄武巖纖維摻量對高性能泵送混凝土抗壓強度、極限拉伸值的影響。并根據試驗結果確定了短切玄武巖纖維的最佳摻量，用其進行短切玄武巖纖維泵送混凝土配比設計可提高混凝土強度和極限拉伸值。

關鍵詞： 短切玄武巖纖維; 摻量優選; 混凝土; 力學性能

中圖法分類號：TU528 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.S1.016

文章編號：1006 - 0081（2022）S1 - 0053 - 03

0 引 言

短切玄武巖纖維長度小于60 mm，是以玄武巖纖維為母體，經特制機械設備短切而成，可改善混凝土性能并均勻分散在水泥混凝土中。短切玄武巖纖維通常有原絲束（S）和合股紗（T）兩種。根據在混凝土和砂漿中的用途，短切玄武巖纖維分為抗裂防裂纖維（BF）、增韌增強纖維（BZ）和砂漿抗裂防裂纖維（BFS）。在混凝土和砂漿拌制過程中，將短切玄武巖纖維以連續或者不連續的方式添加到混凝土砂漿中，摻量達到最佳時可提高混凝土的抗壓強度、彎拉強度、劈拉強度、抗沖擊性能、拉伸強度等力學性能指標，混凝土耐久性也可得到大幅提高[1-3]。本文采用短切玄武巖纖維中的增韌增強纖維（BZ）開展試驗，探究短切玄武巖纖維摻量對泵送混凝土的影響。

1 試驗材料

混凝土是以膠凝材料與骨料顆?；蛩槠退催m當的比例進行拌和，經一定時間硬化而成的人工材料。而纖維混凝土則是在混凝土中摻入一定比例的纖維增強材料，通過拌和硬化而成。集料的粒徑、膠凝材料的摻量，纖維的種類、形狀、長度、摻量等均會影響混凝土的性能。

1.1 原材料

1.1.1 水泥

采用扶綏新寧海螺水泥有限責任公司生產的“海螺”牌P.MH42.5中熱硅酸鹽水泥。原材料的檢測按照GB 200-2003《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》、GB/T 1346—2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》和GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》執行，其性能指標見表1。

1.1.2 粉煤灰

C50泵送混凝土試驗用粉煤灰為廣西來賓電廠Ⅰ級煤粉灰， 其技術指標見表2。

1.1.3 骨料

細、粗骨料均采用橫州市百合鎮獅子山鎮砂石生產系統生產的粒徑≤5.0 mm的機制砂， 5～20 mm、20～40 mm粒徑碎石。檢測按DL/T 5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗規程》進行，骨料品質指標見表3～4。

1.1.4 減水劑

采用江蘇“蘇博特”聚羧酸高性能減水劑（緩凝型），并進行了摻外加劑混凝土性能指標試驗，試驗依據DL/T 5100-1999《水工混凝土外加劑技術規程》有關要求進行，水泥用“海螺”牌PO42.5普通硅酸鹽水泥，摻量1%進行檢測，其性能指標見表5。

1.1.5 短切玄武巖纖維

在混凝土中摻入一定量的微纖維具有防止或減少混凝土裂縫、改善混凝土長期工作性能、提高變形能力和耐久性等優點。本次試驗采用謙宜短切玄武巖增韌增強纖維（BZ），試驗依據GB/T 23265-2009《水泥混凝土和砂漿用短切玄武巖纖維》的有關要求進行，其性能指標見表6。

2 配合比設計

滿足混凝土的工作性能、強度、耐久性等是混凝土配合比設計的核心工作，在滿足技術要求的前提下，需要科學、經濟地確定水泥、粉煤灰、骨料、水、外加劑等組分的用量比例關系。多次試驗和施工所積累的豐富經驗是配合比設計的支撐，是配合比優化成功與否的關鍵所在。

2.1 粗骨料組合

粗骨料級配采用二級配（粒徑5～20 mm、20～40 mm），試驗按照50∶50，40∶60，55∶45三種比例進行試配，測定其緊密密度。選擇緊密密度較大、空隙偏小的骨料級配進行混凝土拌和試驗，選擇滿足施工運輸、技術要求，有良好和易性的粗骨料組合比例。

2.2 砂 率

本次試驗C50泵送混凝土采用固定水灰比和用水量，對3種砂率進行試拌試驗，最終以混凝土拌和物和易性好（坍落度較大）、棍度適中、混凝土拌和物密度較大時的砂率為最優砂率。

2.3 用水量與坍落度關系試驗

C50泵送混凝土坍落度與用水量關系試驗，根據施工工藝要求，擬定拌制3級坍落度（140～160 mm、160～180 mm、180～220 mm）時的用水量。通過坍落度與用水量關系曲線，確定設計坍落度對應的用水量。

2.4 水膠比與抗壓強度關系試驗

根據2.1，2.2，2.3節得到的單位用水量以及砂率試驗結果，本文混凝土配合比按DL/T 5330-2015《水工混凝土配合比設計規程》中泵送混凝土設計方法設計，抗壓強度試驗混凝土基體等級取C50，Ⅰ級粉煤灰摻量20%，減水劑摻量1%。力學性能試驗分別采用摻與不摻短切玄武巖纖維成型試件，配合比見表7。

3 力學性能試驗

摻玄武巖纖維混凝土性能試驗在溫度為20 ℃±5 ℃的室內進行。將拌和混凝土所需原材料提前運至室內，存放時間不小于24 h;試驗時，拌和間試配的原材料溫度需與施工現場所用的混凝土出機口溫度保持一致。室內試配采用強制式混凝土攪拌機，拌和量控制在10～45 L之間，攪拌均勻，材料投入及攪拌方式采用：砂石、水泥粉料、水和外加劑攪拌60～90 s，再加纖維后攪拌30 s、出料后在鐵板上用人工翻拌2～3次再進行試驗。不摻短切玄武巖纖維與摻短切玄武巖纖維試驗結果見表8。

硬化后的混凝土內部由于收縮變形產生許多微裂縫，這些微裂縫會導致混凝土的初始缺陷。玄武巖纖維的摻入，在一定程度上減少了收縮變形，但纖維本身的存在使得混凝土內部產生更多的細裂縫[3]。

圖1為纖維摻量與混凝土28 d抗壓強度關系曲線，圖2為纖維摻量與混凝土極限拉伸值關系曲線。從圖1～2中可知：當玄武巖纖維摻量從0增加到0.2%時，混凝土的28 d抗壓強度逐漸增大;當纖維摻量由0.2%增加到0.4%時，抗壓強度逐漸減小，纖維摻量在0.2%時，抗壓強度最大，與未摻纖維混凝土相比，強度提高了11.1%。對于混凝土極限拉伸值而言，纖維的加入使極限拉伸值得到了大幅提高，當玄武巖纖維摻量從0增加到0.2%時，混凝土的28 d極限拉伸值均有不同程度的增大;當纖維摻量由0.2%增加到0.4%時，極限拉伸值出現了不同程度的減小，摻量越大，下降越多?？梢?，纖維混凝土摻量在0.2%時極限拉伸值最大，與未摻纖維混凝土相比，極限拉伸值提高了35.2%。

關于纖維摻量對混凝土抗壓強度、極限拉伸值的力學性能試驗結果的原因分析：短切玄武巖纖維猶如混凝土中雜亂分布的微細鋼筋，混凝土中分布的纖維將亂向分布的網狀系統粘連在一起，抗壓強度、極限拉伸值得到較大的增強;骨料和水泥漿之間由纖維來牽線搭橋，骨料、纖維、水泥漿共同受力，從而提高了混凝土的密實性、整體性、抗沖擊性。但是，纖維摻量超過某一定數值后，混凝土拌和物中粗、細骨料將被纖維層層纏繞，混凝土的空隙率會有一定的增大，密實度降低、坍落度會明顯減小，同時混凝土的抗壓強度、極限拉伸值與纖維摻量最佳時相比，也會有不同程度的降低。

4 結 語

本次纖維摻量對混凝土性能影響試驗結果表明：在C50泵送混凝土中摻短切玄武巖纖維，摻量在0.2%（5.24 kg）時，混凝土抗壓強度最高、極限拉伸值最大、工作性能好、可泵性高，具有一定的經濟性，施工質量有保證。

參考文獻：

[1] 廉杰，楊勇新，楊萌，等.短切玄武巖纖維增強混凝土力學性能的試驗研究[J].工業建筑，2007（6）：8-10.

[2] 張野.短切玄武巖纖維混凝土基本力學性能研究 [D].哈爾濱：東北林業大學，2011.

[3] 王文龍.玄武巖纖維混凝土的抗彎沖擊性能研究[J].科技創新導報，2009（12）：72.

（編輯：江 文）