玄武岩纤维砼配比及性能研究

何桥敏，胡卫国

（1.武汉理工大学华夏学院，湖北　武汉　430223；2.中交第二公路勘察设计研究院，湖北　武汉　430056）

玄武岩纤维砼配比及性能研究

何桥敏1，胡卫国2

（1.武汉理工大学华夏学院，湖北武汉430223；2.中交第二公路勘察设计研究院，湖北武汉430056）

利用正交试验对水泥砼进行掺配，综合考虑三水平和水灰比、砂率、水泥用量三因素，通过加入不同掺量的玄武岩纤维，在多条件变化下对其成型试件进行抗折力学性能、耐磨耗性能试验分析，得出了不同玄武岩纤维掺量对水泥砼性能和耐磨耗性能的改善程度。

公路；玄武岩纤维；正交试验；抗折强度；耐磨耗性能

纤维砼具有优异的抗早期裂缝性能，能改善水泥砼的工作性能，提高砼变形能力和耐久性，被广泛应用于工程领域。玄武岩纤维由天然火山岩矿石经高温熔融、拉丝冷却制成，是一种新型增加型材料。作为典型的硅酸盐纤维，玄武岩纤维具有天然相容性及优越的力学性能。该文对玄武岩纤维砼配合比及路用性能进行试验研究。

1　原材料

1.1玄武岩纤维

试验所用玄武岩纤维由浙江某公司提供，其性能（见表1）满足规范要求。

1.2水泥

试验采用中材湘潭水泥有限责任公司提供的P.O52.5水泥，其性能（见表2）满足规范要求。

表1　玄武岩纤维检测结果

1.3集料

粗集料来自浏阳市九溪洞碎石场，5～10、10～ 20、20～30 mm粒径分别占20％、30％、50％，筛分结果见表3，压碎值为21.7％，技术等级为Ⅱ级。细集料来自浏阳市洞阳砂场，其筛分结果见表4，细度模数为2.6，为粗砂。

表2　中材P.O52.5水泥检测结果

表3　碎石级配筛分结果

表4　河砂级配筛分结果

外加剂采用湖南神宇新材料有限公司的聚羧酸高性能减水剂，其减水率为32％，掺量为1.0％，技术指标（见表5）满足规范要求。

2　玄武岩纤维掺量对砼力学性能的影响

表5　减水剂技术指标检测结果

表6　配合比设计各因素水平

通过三水平三因素正交试验，综合分析水灰比W/C、砂率Sp、水泥用量C在多条件变化下对砼试件力学性能的影响。通过将玄武岩纤维掺入水泥砼试件中，采用正交试验进行配比，对比其与基准水泥之间的差异，分析玄武岩纤维对水泥砼性能的影响。水泥砼试件配合比正交试验设计方案见表6，表7为基准配合比设计方案组成的L9（33）正交表，表8为纤维掺量0.1％配合比设计方案组成的L9（33）正交表，表9为纤维掺量0.2％配合比设计方案组成的L9（33）正交表。

表7　基准水泥砼L9（33）正交表

表8　纤维掺量0.1％水泥砼L9（33）正交表

表9　纤维掺量0.2％水泥砼L9（33）正交表

分别检测各组、各掺量试件7、28 d抗折强度，结果见表10。然后对三因素影响抗折强度的程度进行分析，结果见表11、表12。

表10　基准水泥砼各组试件抗折强度检测结果

表11　纤维掺量0.1％水泥砼各组试件抗折强度检测结果

表12　纤维掺量0.2％水泥砼各组试件抗折强度检测结果

根据上述试验结果，对不同纤维掺量水泥砼试件进行抗折强度影响程度分析，结果见表13～15、图1～3。

表13　基准水泥砼抗折强度各因素影响程度分析

表14　纤维掺量0.1％水泥砼抗折强度各因素影响程度分析

表15　纤维掺量0.2％水泥砼抗折强度各因素影响程度分析

图1　水灰比与抗折强度的关系

图2　砂率与抗折强度的关系

图3　水泥用量与抗折强度的关系

从表13～15、图1～3可看出：掺加玄武岩纤维能提高水泥砼试件的抗折强度，掺量0.1％与0.2％水泥砼试件的抗折力学性能相差较少；水灰比、砂率、水泥用量对水泥砼试件抗折强度都存在影响。只有正确地掺配出最佳配合比才能使水泥砼的抗折力学性能达到所期望的要求。

掺加玄武岩纤维能增强水泥砼的抗折强度，主要表现为弹性模量和抗折强度增高，在水泥砼中起到类似微型钢筋的作用，在破坏处则起到粘结作用，进一步增加破坏时需产生的力值和能量；玄武岩纤维属于无机材料，其优越的相容性能使其与水泥砼形成整体，在拌和均匀时使其分散均匀，整体均匀受力，能减少拌和不均匀而导致的局部应力集中现象。

3　玄武岩纤维掺量对砼耐磨性的影响

耐磨性试验用于检测砼表面抵抗磨损的能力。试验用水泥砼中水泥∶砂∶碎石∶水∶外加剂=1 ∶1.81∶3.51∶0.31∶0.01（见表16）。对该配合比水泥砼分别按基准、纤维掺量0.1％和纤维掺量0.2％制作3组试件进行耐磨性试验，结果见表17、图4。从试验结果来看，随着玄武岩纤维的掺入，水泥砼的耐磨耗性能得到较大改善。

表16　水泥砼最佳配合比

表17　不同玄武岩纤维掺量水泥砼耐磨性能检测结果

图4　玄武岩纤维掺量与磨耗量的关系

4　结论

玄武岩纤维的掺入，使水泥砼的抗折力学性能得到较大改善，但玄武岩纤维掺量从0.1％增加到0.2％，水泥砼的抗折力学性能并未显著提高。其原因是由于固定水泥质量所吸附的纤维达到上限，还是因试验人员、养护环境的影响，有待更深入探究。在耐磨耗性能上，玄武岩纤维的掺入，使水泥砼的磨耗量下降明显，相比于未掺纤维的基准水泥砼， 0.1％纤维掺量水泥砼的磨耗量下降5.302％；相比于0.1％掺量水泥砼，0.2％掺量水泥砼的磨耗量下降达9.79％。是否玄武岩纤维掺量越高，水泥砼的磨耗量下降越快，值得更深入研究。

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U416.216

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2015-09-24