短切玄武巖纖維增強混凝土力學(xué)性能試驗研究

1、2014年第1O期(總第300期)Ntmaber10in2014(TomlNo300)混凝土Concrete原材料及輔助物料MATERIALADMINICLEdoi：103969~issn10023550201410027短切玄武巖纖維增強混凝土力學(xué)性能試驗研究吳江，李玉香，陳雅斕，馬雪，柯倩倩(西南科技大學(xué)四川省非金屬復(fù)合與功能材料重點實驗室，四川綿陽621010)摘要：考察了玄武巖纖維混凝土(basaltfiberreinforce

2、dconcrete，BFRc)各項力學(xué)性能。對BFRC抗壓強度值進行數(shù)理統(tǒng)計，分析表明：玄武巖纖維長度對BFRC抗壓強度無顯著影響，體積摻量對BFRC抗壓強度有顯著影響，兩者對BFRC抗壓強度值有顯著的交互作用。長度18mill的玄武巖纖維，體積摻量為01％時，對BFRC的抗折強度、初裂能耗和破壞能耗增強果最顯著。玄武巖纖維能減緩BFRC的早期開裂。關(guān)鍵詞：玄武巖纖維；混凝土；抗壓強度；抗折強度中圖分類號：TU528041文獻標(biāo)志碼：A

3、文章編號：1002—3550(2014)10—0099—04StudyonthemechanicalbehaviorofchoppedbasaltfiberreinforcedconcreteWUJiang，LIYuxiang，CHENYalan，MAXuc，ICEQianqian(StateKeyLaboratoryCultivationBaseforNonmetalCompositeandFunctionalMaterials，So

4、uthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，China)Abstract：Investigatethemechanicalbehaviorofbasaltfiberreinforcedconcre~(BFRC)，throuthemathematicalstatisticsanalysisofcompressivestrengthvalueofBFRC，itshowstha

5、tthelengthofbas~tfiberhasnoobviouseffectonthecompressivestrengthofBFRC，butthedosagedoes，andtheyhavesignificantinteractiononthecompressivestrengthofBFRCFortheflexuralresistance，initialandfinalenergycomsumptionofcrackingof

6、BFRCtheoptimumvolumefractionofbasaltfiberis01％andthelengthofwhichis18mil1BasaltfiberCanslowdowntheearlycrackingofBFRCKeywds：basaltfiber；concrete；compressivestrength；flexuralresistance0引言1試驗纖維增強水泥基復(fù)合材料被公認為是目前最具發(fā)展前景的綠色高性能材

7、料[14]。大量研究表明，纖維對于抑制混凝土收縮、提高混凝土抗裂性具有明顯的作用效果閻。纖維具有抑制混凝土收縮、提高混凝土抗拉強度、增加混凝土韌性的作用，能夠解決高強高性能混凝土中出現(xiàn)的拉壓比低、韌性差和收縮大等問題[67]。玄武巖纖維(BF)，是以火山巖為原料，在1450～1500℃熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維。除具有高技術(shù)、高強度、高模量的特點外，還具有耐酸堿、抗氧化、抗輻射、絕熱隔音、防火阻燃、過濾性好、抗壓

8、縮強度和剪切強度高，適應(yīng)于各種環(huán)境下使用等優(yōu)異性能，近年來，正成為工程界研究的熱點【8～。本試驗研究了不同長徑比的短切玄武巖纖維在不同體積摻量條件下對C40混凝土抗壓強度、抗折強度的影響及其作用機制，同時還研究了長18mlTl的短切玄武巖纖維對混凝土抗沖擊性能和抗早期開裂性能的影響。收稿日期：201404—10基金項目：四川省教育廳項目(13ZA0159)11原材料及配合比水泥：P0425R，~[LJlJ中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)，其化學(xué)成分

9、和物理性能分別如表l和表2所示；砂，涪城河沙，細度模數(shù)31；石子，5～10mm，10~20mm兩個級配；減水劑，德國BASF一德固薩公司生產(chǎn)的BASFmelflux1641f高效聚羧酸固體減水劑；自來水；玄武巖纖維，四川航天拓鑫玄武巖實業(yè)有限公司生產(chǎn)，其性能指標(biāo)如表3。表1PO425R的化學(xué)成分％成分SiO2A12O3Fe2O3CaOMg20Loss其他含量21355473O4582325510929153699學(xué)兔兔www.xuetu

10、tu.com不同長度的玄武巖纖維對混凝土抗折強度的增強效果也不一樣，纖維越長，增強幅度越大，長度6、12、18mm的玄武巖纖維最大增強幅度分別為117％、173％、228％。玄武巖纖維對混凝土的增強效果主要取決于纖維的摻量、纖維的幾何特征、纖維的分散型及其與水泥漿體的相容性、纖維在混凝土中的分布以及纖維與水泥漿體黏結(jié)界面等因素。研究表明[13】，纖維混凝土試件的破壞主要是因為纖維拔出或脫黏，因此可用纖維拔出所吸收的能量G。來表征玄武巖纖

11、維在混凝土試件承受載荷破壞過程中所起的作用。G。可用式(1)來計算：Gc=曙rL2f(1)式中：V、L、一分別是纖維的體積摻量、長度、直徑；『——界面參數(shù)。對于玄武巖纖維混凝土復(fù)合體系，G。的存在可大大提高混凝土的斷裂能G，提高載荷下混凝土的抵抗能力，斷裂能的提高，能增加玄武巖纖維混凝土的特征長度，如式(2)所示。魯(2)特征長度是對材料脆性的一種度量，玄武巖纖維的摻入可增加材料的特征長度，使混凝土形成更具延性的體系，提高混凝土的韌性。

12、由式(1)可以看出，體積摻量、長度決定著G。的大小，纖維越長，體積摻量越大，G。越大，即混凝土試件斷裂時纖維拔出所吸收的能量越大，纖維對混凝土試件的增韌增強作用越好。同時，玄武巖纖維在混凝土中在取向?qū)ζ淅眯视泻艽蟮挠绊?，纖維取向與應(yīng)力方向一致時，其利用效率高。一般而言，短切纖維在混凝土中呈三維亂向分布，纖維摻量過大時，容易黏聚成團，其利用效率反而降低，因此纖維增強混凝土存在最佳摻量，本試驗條件下，如圖3所示，玄武巖纖維的最佳摻量為0

13、1％。23玄武巖纖維對混凝土抗沖擊性的影響玄武巖纖維混凝土抗沖擊性試驗是在抗壓強度試驗和抗折強度試驗的基礎(chǔ)上，選取直徑為18mm的玄武巖纖維進行的，試驗以混凝土初裂和破壞時的沖擊耗能衡量混凝土的抗沖擊性能，其計算公式如式(3)：=ⅣJ(3)式中：——纖維混凝土的沖擊韌性，Nm；Ⅳ——破壞時的沖擊次數(shù)；m——鋼錘的質(zhì)量；——沖擊錘下落高度，m；g——981m／s。通過數(shù)據(jù)處理和公式計算，初裂和破壞時的沖擊試驗結(jié)果如表7所示。由表7的試驗結(jié)

14、果可知，玄武巖纖維混凝土初裂沖擊耗能和破壞沖擊耗能都隨體積摻量的變化而變化，當(dāng)玄武巖纖維體積摻量為01％時，初裂耗能和破壞耗能均為基體混凝土的15倍。這是因為玄武巖纖維均勻分散于混凝土中，與水泥漿體形成黏結(jié)界面，當(dāng)混凝土試件受到?jīng)_擊載荷時，與混凝土緊密黏結(jié)在一起的玄武巖纖維網(wǎng)絡(luò)體系，有助于分散能量，延緩混凝土基體的開裂，提高纖維混凝土的初裂能耗；繼續(xù)施加沖擊載荷，混凝土基體將應(yīng)力傳遞給玄武巖纖維，再由纖維將應(yīng)力傳遞給尚未開裂的混凝土基體

15、，應(yīng)力通過玄武巖纖維在混凝土基體間往返傳遞，形成大量細裂縫，直至混凝土基體完全喪失承載能力，玄武巖纖維被拉斷，混凝土試件被破壞。纖維體積摻量為01％時，通過攪拌，玄武巖纖維充分分散于混凝土中，充分發(fā)揮增韌的作用，當(dāng)摻量繼續(xù)增加，則會因為摻量過大而分散不均，纖維產(chǎn)生團聚，反而影響玄武巖纖維對混凝土試件抗沖擊性韌性的增強作用。表7玄武巖纖維混凝土的彎曲沖擊試驗結(jié)果餮／(N囂／(N薰摻量沖擊次數(shù)沖擊次數(shù)耗能：_u耗能：長廈／％／次／次m)比但

16、m)比值24玄武巖纖維對混凝土早期開裂的影響新拌混凝土澆筑早期因為塑性收縮和化學(xué)收縮會導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生早期開裂，本試驗中，測量混凝土加水?dāng)嚢韬?4h的早期開裂裂縫，將混凝土試件表面平均劃分為6個區(qū)域，用放大鏡在每個區(qū)域內(nèi)相同的位置選取50張照片，讀取每張照片上裂縫數(shù)目、長度、寬度，如圖4和圖5所示，通過式(4)、(5)、(6)進行計算并對每個配合比進行評價，如表8：每條裂縫的平均開裂面積應(yīng)按式(4)計算：Ⅳ∑(xW)(4)單位面積的裂縫數(shù)