(青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院 山東 青島 266033)

耐堿玻璃纖維體積率對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

高天佑隋杰英

(青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院山東青島266033)

通過(guò)對(duì)耐堿玻璃纖維混凝土進(jìn)行立方體抗壓、劈裂抗拉對(duì)比試驗(yàn)，研究不同纖維體積率對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。通過(guò)對(duì)比分析，摻入耐堿玻璃纖維對(duì)混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯貢獻(xiàn)，反而會(huì)隨著纖維體積率增加有所下降；對(duì)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度有提升作用，纖維體積率在1.5%時(shí)提升最大。

纖維混凝土；體積率；立方體抗壓；劈裂抗拉

一、引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人們對(duì)建筑材料的要求也越來(lái)越高，這也使得新型復(fù)合建筑材料在近些年發(fā)展的很迅速[1-2]。纖維混凝土相對(duì)與普通混凝土具有很多優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用也越來(lái)越受到重視[3]。

耐堿玻璃纖維相對(duì)于其他纖維具有較多優(yōu)勢(shì)，它強(qiáng)抗拉度高、比重輕、價(jià)格適中等，再加上其優(yōu)越的熱性能、耐水性和良好的電絕緣性，比較適合在混凝土復(fù)合材料中推廣使用[4-5]，因此研究耐堿玻璃纖維混凝土力學(xué)性能對(duì)今后在實(shí)際工程中的推廣具有很重的意義。

二、試驗(yàn)概況

(一)試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所需纖維是耐堿玻璃纖維短切絲，力學(xué)性能參數(shù)見表1。

表1 耐堿玻璃纖維短切絲力學(xué)性能

此次試驗(yàn)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，混凝土配合比見表2。

表2 試驗(yàn)混凝土配合比

(二)試件澆筑

為了避免耐堿玻璃纖維混凝土在拌制過(guò)程中出現(xiàn)纖維固結(jié)成團(tuán)以及被攪碎，本試驗(yàn)采用預(yù)拌法進(jìn)行施工，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 耐堿玻璃纖維混凝土施工工藝

混凝土拌制完成后，澆筑成150mm×150mm×150mm立方體試塊，自然條件下養(yǎng)護(hù)28d。

(三)試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)加載裝置采用300t壓力試驗(yàn)機(jī)。

三、試驗(yàn)結(jié)果及分析

(一)立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

對(duì)養(yǎng)護(hù)28d的四組試塊在300t壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，采用連續(xù)均勻加載，加載速度為每秒0.06MPa，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 立方體抗壓試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，摻有纖維的混凝土受壓破壞后的豎向裂縫明顯比不摻纖維的混凝土少，而且出現(xiàn)有較多的斜裂縫，破壞后試塊相對(duì)比較完整。從表2.1可以得出，纖維混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與配制混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度相差不大，玻璃纖維體積率為1%、1.5%和2%的抗壓強(qiáng)度平均值分別是普通混凝土抗壓強(qiáng)度的平均值的86.9%、83.2%和72.7%。纖維的摻入對(duì)混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度并沒(méi)有提升作用，反而使抗壓強(qiáng)度有所下降。

通過(guò)以上結(jié)果分析，造成加入纖維后混凝土的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有提高的原因有很多，例如在混凝土拌制過(guò)程中拌制不均勻、纖維折斷現(xiàn)象較為嚴(yán)重、振搗方式不同等。此外最重要的原因可能是纖維體積率的增長(zhǎng)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部孔隙率增大，基體密實(shí)性降低，纖維與纖維之間的水平間距減小導(dǎo)致發(fā)生纏繞和成團(tuán)的現(xiàn)象，從而減少纖維與水泥砂漿的接觸面積，且與骨料之間的粘結(jié)效應(yīng)也減弱，所以纖維的摻入對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度沒(méi)有增強(qiáng)的作用。

(二)劈裂抗拉試驗(yàn)

對(duì)四組試塊進(jìn)行劈裂抗拉試驗(yàn)時(shí)，在壓力試驗(yàn)機(jī)上下壓板分別放置光圓鋼筋，上下鋼筋保證在試塊中心線位置，并且將試塊盡量放在上下壓板的中間處，保證其受力不偏心。

試驗(yàn)使用300t壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，加載速度為0.06MPa，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 劈裂抗拉試驗(yàn)結(jié)果

試塊劈裂抗拉試驗(yàn)屬于脆性破壞試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有明顯的破壞征兆，伴隨著試塊劈裂的聲音，試塊從上下光圓鋼筋中心連線位置開裂。對(duì)試塊劈裂斷面進(jìn)行觀察可發(fā)現(xiàn)，玻璃纖維在混凝土內(nèi)部分布比較隨機(jī)，基本是亂象分布，斷面上有許多被拉斷的玻璃纖維束，說(shuō)明玻璃纖維在混凝土起到了一定的抗拉效果。從試驗(yàn)結(jié)果上可以得出，摻有玻璃纖維體積率1%、1.5%和2%的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度平均值分別是普通混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的平均值的116.5%、119.3%和109.2%。纖維混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與配制混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度相差不大，其纖維的摻入對(duì)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度有所提升，在纖維體積率為1.5%時(shí)提升最多，在體積率為2%時(shí)雖有提升但遠(yuǎn)低于其他兩種纖維體積率的提升幅度。說(shuō)明纖維對(duì)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度提升程度有限。

四、結(jié)論

(1)摻入耐堿玻璃纖維對(duì)混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯貢獻(xiàn)，反而立方體抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著纖維體積率增加有所下降。

(2)摻入纖維對(duì)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度有提升作用，但隨著纖維體積率的增大，混凝土的抗拉強(qiáng)度提升幅度反而會(huì)下降，說(shuō)明纖維體積率并不是越大越好，在1.5%時(shí)提升效果最佳。

[1]王曉初,劉洪濤.碳纖維混凝土受彎構(gòu)件抗彎性能試驗(yàn)研究[J].混凝土,2013,286(8)129-132(139)

[2]代若愚,程赫明,徐浩,等.玻璃纖維混凝土的力學(xué)性能研究[J].昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2009,25(1):48-51.

[3]碳-聚丙烯混雜纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].曹雅嫻,賈尚華.公路,2016(10)

[4]耐堿玻璃纖維混凝土板的受力分析方法[J].賈麗紅.建筑技術(shù)開發(fā).2017(10)

高天佑(1992-)，男，碩士研究生，主要從事混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究工作；隋杰英(1973-)，女，博士/副教授，主要從事結(jié)構(gòu)減震抗震研究工作。