掺聚丙烯纤维补偿收缩混凝土抗渗性能研究

范灵芝 吴殿鹏

摘要：掺聚丙烯纤维的补偿收缩混凝土被广泛应用于各类工程。本文对掺聚丙烯纤维补偿收缩混凝土抗渗性能进行了研究。本次试验通过正交试验方法，采用三因素（UEA、MgO、聚丙烯纤维）三水平正交表设计试验，测定了不同配合比的补偿收缩混凝土28天龄期的抗渗性。经过对试验结果进行极差分析和方差分析后发现：摻入UEA、聚丙烯纤维、MgO任一者或多者以后，明显降低了补偿收缩混凝土的相对渗透系数，即提高了其抗渗性；实验证明所选三个因素对补偿收缩混凝土抗渗性影响的主次顺序依次为：聚丙烯纤维、UEA、MgO；同时得出参入混凝土的UEA、MgO、聚丙烯纤最优组合；聚丙烯纤维掺量为补偿收缩混凝土抗渗性的显著影响因素。

关键词：补偿收缩混凝土；抗渗性；正交试验

引言

混凝土具有悠久的发展史，且造价较低廉，原材料易得，能耗低。由胶凝材料将集料胶结成的整体，在混凝土中掺入适量膨胀水泥或膨胀剂的混凝土称为补偿收缩混凝土。补偿收缩混凝土除了具有普通混凝土所具有的高抗压性能，广范围的强度等级，好的耐用性，简单的生产工艺，低廉的造价，丰富的材料来源等优点外，还具有在凝结时膨胀受到约束产生的压应力，能大致地抵消由于干缩而出现的拉应力的独特性能。聚丙烯纤维被称为混凝土中的“次要增强筋”，聚丙烯短纤维能够有效的阻止混凝土裂缝的产生、提高混凝土的抗冲击、抗折、抗疲劳、抗震性能、提高混凝土的抗渗透性能、改善混凝土的耐久性和抗老化性、提高混凝土的抗冻融性能、提高混凝土的耐火性能。

本次试验即是针对聚丙烯纤维补偿收缩混凝土的收缩、抗裂性能进行的研究。通过试验分析聚丙烯纤维补偿收缩混凝土的抗渗性与各因素之间的关系，找到各因素之间的最优组合，为以后的工程实践提供参考。

1 试验

1.1试验参数的确定

通过试验，研究不同掺量UEA、MgO、聚丙烯纤维及固定掺量掺入粉煤灰的混凝土的抗渗性和力学性能。根据实测数据计算不同条件下混凝土的相对渗透系数，找到UEA、MgO、聚丙烯纤维与相对渗透系数之间的关系；再通过方差分析，确定影响补偿收缩混凝土的显著因素并确定最优组合。

1.2试验设计

根据三因素三水平正交组合设计安排9组试验点用于测定补偿收缩混凝土的相对渗透系数，每组3个试件，共27个试件。试验因素水平见表1。

由表2，图1可知：

（1）本实验中所选三个因素对补偿收缩混凝土抗渗性影响的主次顺序依次为：聚丙烯纤维（因素B）、UEA（因素A）、MgO（因素C）。

（2）掺入UEA以后，明显降低了补偿收缩混凝土的相对渗透系数，即提高了其抗渗性。UEA掺量从0到10%变化时，相对渗透系数从到，降低50%，平均每增加5%的UEA掺量，相对渗透系数降低25%。UEA掺量在10%～15%变化时，相对渗透系数降低幅度减小，且随着掺量的增大有所提高。

（3）掺入聚丙烯纤维以后，补偿收缩混凝土的相对渗透系数明显降低。聚丙烯纤维掺量在0.4～0.9kg/m3范围内时，从图3-1（b）中可以看出，相对渗透系数为一条直线，即基本不受掺量变化的影响。掺量从0.9kg/m3增大到1.4kg/m3时，相对渗透系数明显减低。

（4）从图3-1（c）可以看出，掺入MgO后，混凝土的相对渗透系数明显减小，掺入4%MgO的混凝土相对渗透系数降低了54%，随着MgO掺量的增加，混凝土的抗渗性越来越好。但掺量在2%～3%时有所波动。

2.2方差分析

方差分析表明：聚丙烯纤维掺量为补偿收缩混凝土抗渗性的显著影响因素。按方差分析的观点，只需要对有显著影响的因素选取最佳水平，而对试验结果影响较小的可根据实际工程需要选取。在本试验中，指标越小越好，对因素B分析，确定最优水平为B3，即聚丙烯掺量为1.4kg/m3。因素A和因素C水平改变对实验结果几乎无影响，直接参照极差分析确定A1和C2。最优水平组合为A1B3C1。即UEA掺量为7%，聚丙烯纤维掺量为1.4kg/m3，MgO掺量为2%。

3 结论

（1）本实验中所选三个因素对补偿收缩混凝土抗渗性影响的主次顺序依次为：聚丙烯纤维（因素B）、UEA（因素A）、MgO（因素C）。

（2）掺入UEA以后，明显降低了补偿收缩混凝土的相对渗透系数，即提高了其抗渗性。UEA掺量从0到10%变化时，，降低50%，平均每增加5%的UEA掺量，相对渗透系数降低25%。UEA掺量在10%～15%变化时，相对渗透系数降低幅度减小，且随着掺量的增大有所提高。

（3）掺入聚丙烯纤维以后，补偿收缩混凝土的相对渗透系数明显降低。聚丙烯纤维掺量在0.4～0.9kg/m3范围内时，基本不受掺量变化的影响。掺量从0.9kg/m3增大到1.4kg/m3时，相对渗透系数明显减低。

（4）掺入MgO后，混凝土的相对渗透系数明显减小，随着MgO掺量的增加，混凝土的抗渗性越来越好。但掺量在2%～3%时有所波动。

（5）最优组合：UEA掺量为7%，聚丙烯纤维掺量为1.4kg/m3，MgO掺量为2%，即（A1B3C2）

参考文献：

[1]布拉姆.计算混凝土强度的水灰比[R].1918

[2]S. Brunauer，L. E. Copeland.科学的美国人[N]，1964

[3]赵顺增.补偿收缩混凝土的基本性能[R].北京：中国建筑材料科学研究总院绿色建材国家重点实验室，2009：52-60