王惠玲（甘肅土木工程科學(xué)研究院，甘肅 蘭州730020）

1 緒論

作為建筑工程用結(jié)構(gòu)材料，混凝土走過(guò)了從石灰-火山灰材料到波特蘭水泥混凝土再到現(xiàn)代高性能混凝土的歷程，國(guó)內(nèi)外學(xué)者預(yù)言，在未來(lái)的100~200年，混凝土將一直是最主要的建筑材料，在土木工程建設(shè)所用材料中占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位。

混凝土是一種多孔的、在各尺度上多相的非均質(zhì)復(fù)雜體系，其相組成隨時(shí)間而變化并受環(huán)境影響。此外，由于水泥石和集料的彈性模量不同，當(dāng)溫度、濕度變化時(shí)，水泥石與集料的變形不一致，致使在界面處形成細(xì)微裂縫。由于混凝土的上述特點(diǎn)，使其在具有較高的抗壓強(qiáng)度的同時(shí)也具有較低的抗拉強(qiáng)度，且其韌性差，斷裂能低，抗沖擊性能也相應(yīng)的較低。近年來(lái)，因混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂和混凝土材質(zhì)劣化造成的混凝土結(jié)構(gòu)失效以至破壞的事故在國(guó)內(nèi)外都屢見(jiàn)不鮮，并有愈演愈烈的趨勢(shì)。作為結(jié)構(gòu)工程用重要材料，混凝土的耐久性已經(jīng)成為工程界普遍關(guān)心的問(wèn)題。

本論文研究的主要目的，通過(guò)在混凝土中加入纖維和膨脹劑以提高混凝土韌性和抗裂性，降低混凝土的變形以提高混凝土體積穩(wěn)定性，從而減少混凝土結(jié)構(gòu)的早期開(kāi)裂，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

2 原材料選擇及質(zhì)量控制

2.1 水泥

用于本論文研究的水泥采用52.5普通硅酸鹽水泥，其技術(shù)性能滿足《硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥》（GB175-2007）要求。水泥水化放熱1d：189kJ/kg，3d：249kJ/kg，7d：286kJ/kg。水泥礦物組成和性能見(jiàn)表1、表2。

表1 52.5水泥熟料全分析

2.2 礦物細(xì)摻料

2.2.1 磨細(xì)礦渣粉

本課題研究采用S95磨細(xì)礦渣粉，質(zhì)量達(dá)到GB/T18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》規(guī)定要求。礦渣粉化學(xué)分析見(jiàn)表3。

2.2.2 硅灰

用于高性能混凝土的硅灰要求其SiO2含量高于90%。研究采用西北鐵合金有限公司產(chǎn)品。

2.3 膨脹劑

膨脹劑采用廣西云燕特種水泥建材有限公司生產(chǎn)的GNA抗裂防水膨脹劑。混凝土膨脹劑的作用是補(bǔ)償混凝土收縮及減少由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

表2 水泥性能

表3 礦渣粉化學(xué)分析報(bào)告

2.4 纖維

用于混凝土的纖維材料，其品質(zhì)要求：高耐堿性、高自分散性、安全無(wú)害、抗拉強(qiáng)度高、變形能力好、粘結(jié)強(qiáng)度高、粗細(xì)適度。本研究采用美國(guó)杜拉纖維。

2.5 混凝土泵送劑

用于本研究的混凝土泵送劑質(zhì)量應(yīng)滿足JC473-2001規(guī)定一等品要求

2.6 粗集料

產(chǎn)地：蘭州銀山工貿(mào)，常規(guī)技術(shù)性能見(jiàn)表4、表5。

表4 10~25碎石技術(shù)性能測(cè)試結(jié)果

表5 5~10碎石技術(shù)性能測(cè)試結(jié)果

2.7 細(xì)集料

產(chǎn)地：蘭州銀山工貿(mào)，常規(guī)技術(shù)性能見(jiàn)表6、表7。

表6 機(jī)制砂技術(shù)性能測(cè)試結(jié)果

3 纖維和膨脹劑對(duì)混凝土性能影響試驗(yàn)研究

3.1 普通硅酸鹽水泥+磨細(xì)礦渣粉+硅灰體系(C+BFS+SF體系)

表10表明：

在普通硅酸鹽水泥—磨細(xì)礦渣粉—硅灰中加入纖維，受混凝土拌和物工作性的影響，水用量增加，膠凝材料總用量增加，收縮值增加；

在水泥—磨細(xì)礦渣粉—硅灰中加入GNA對(duì)混凝土收縮有一定的補(bǔ)償作用，但效果欠顯著。

3.2 普通硅酸鹽水泥+磨細(xì)礦渣粉體系(C+BFS體系)

表7 細(xì)砂技術(shù)性能測(cè)試結(jié)果

表8 一階段混凝土配合比

表9 一階段強(qiáng)度數(shù)據(jù)

表10 一階段混凝土收縮數(shù)據(jù)

考慮到硅灰對(duì)混凝土綜合性能的影響及經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)控制等因素，對(duì)普通硅酸鹽水泥—磨細(xì)礦渣粉體系進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

從表12、表13中可以看出：

在水泥—磨細(xì)礦渣粉中加入膨脹劑GNA，混凝土彈性模量和抗壓強(qiáng)度略有提高，但在自然養(yǎng)護(hù)條件下GAN的補(bǔ)償收縮效應(yīng)欠顯著；

在水泥—磨細(xì)礦渣粉中加入纖維，提高混凝土劈拉強(qiáng)度及拉壓比，混凝土受壓和劈拉破壞時(shí)脆性因纖維的加入而降低，混凝土破壞過(guò)程延長(zhǎng)，纖維的加入對(duì)提高混凝土抗裂性有好處，同時(shí)，纖維的加入也使混凝土彈性模量略有降低；

在水泥—磨細(xì)礦渣粉中同時(shí)加入GNA和纖維，對(duì)混凝土性能有互補(bǔ)作用；

在水泥—磨細(xì)礦渣粉中加入硅灰對(duì)提高混凝土強(qiáng)度有益。

表11 二階段混凝土配合比

表12 二階段混凝土力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

表13 二階段混凝土收縮值

4 結(jié)論

本論文研究結(jié)果表明：

1）在低水膠比條件下，加入膨脹劑，混凝土彈性模量和抗壓強(qiáng)度略有提高，對(duì)混凝土收縮有一定的補(bǔ)償作用。膨脹劑的加入可以減少混凝土的開(kāi)裂，從而提高混凝土耐久性。

2）混凝土中加入纖維，提高混凝土劈拉強(qiáng)度及拉壓比，降低混凝土的脆性，纖維的加入使混凝土彈性模量略有降低。

3）纖維摻入混凝土中，可以約束混凝土的收縮變形，提高混凝土的抗裂阻裂性能，提高混凝土的體積穩(wěn)定性能，從而減少混凝土因體積變形導(dǎo)致開(kāi)裂的傾向，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

4）在混凝土中同時(shí)加入膨脹劑和纖維，對(duì)混凝土性能有疊加增強(qiáng)作用。