PVA纤维增强CL15陶粒混凝土力学性能试验研究

杨航，邵春华

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.中公高科养护科技股份有限公司，北京 100000）

PVA纤维增强CL15陶粒混凝土力学性能试验研究

杨航1，邵春华2

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.中公高科养护科技股份有限公司，北京 100000）

在CL15陶粒混凝土基础上，分析0%、10%、20%、30%和40%五种粉煤灰掺量，0kg/m3、0.5kg/m3、1kg/m3、1.5kg/m3、2kg/m3五种PVA纤维掺量对陶粒混凝土抗压强度和抗弯拉强度的影响。试验结果分析，陶粒混凝土随着粉煤灰掺量的增加，陶粒混凝土强度先增大后减小，陶粒混凝土中粉煤灰的最优掺量为20%，不宜超过40%。PVA纤维可以有效提高陶粒混凝土的力学性能，尤其是抗弯拉强度。但是纤维掺量过大也会大幅降低陶粒混凝土强度，甚至低于设计要求，纤维的建议掺量为1.0～1.5kg/m3。

PVA纤维；力学性能；陶粒混凝土；粉煤灰

1 概述

与普通水泥混凝土相比，陶粒混凝土拥有轻质、高强、抗震、保温隔热、吸音等良好的优点，广泛应用于绿色建筑领域。但是，脆性、抗裂不足仍是水泥基陶粒混凝土的通病，严重阻碍了陶粒混凝土在绿色建筑领域的进一步推广应用。纤维的掺入形成了纤维与水泥基的网状空间结构，提高了陶粒混凝土的抗裂性和柔韧性。本文研究了粉煤灰、PVA纤维的掺入及掺量对陶粒混凝土力学性能的影响，分析PVA纤维增强陶粒混凝土的力学性能。

2 试验原材料与配合比设计

2.1 原材料

2.1.1 水泥

水泥选用安徽省海螺牌P.O.42.5#水泥。

2.1.2 粉煤灰

试验选用合肥市场供应的Ⅰ级粉煤灰。

2.1.3 陶粒

陶粒采用江苏生产的0～5mm、10～20mm圆球型泥质陶粒，轻质、环保，堆积密度565，kg/m3，属于600级。

2.1.4 砂

采用六安地区淠河生产的天然河砂，属于中砂，细度模数2.6，堆积密度为1400kg/m3。

2.1.5 纤维

纤维采用安徽皖维集团生产的聚乙烯醇(PVA)纤维，单丝直径12～30μm，纤维长度12mm。

2.1.6 减水剂

减水剂采用混凝土高性能减水剂，减水率为23%，掺量为水泥质量的1.1%～1.3%。

2.2 配合比设计

试验依据JGJ51规范按松散体积法进行LC15陶粒混凝土配合比设计，具体步骤如下。

2.2.1 计算试配强度fcu,0

混凝土试配强度应按下式确定：

按照JGJ51规程选取在设计时σ=4MPa，计算得出LC15陶粒混凝土试配强度不小于21.58MPa。

2.2.2 选取水泥用量mc

根据试配强度和水泥强度等级选取水泥用量mc。按照JGJ51规程表5.2.1要求，最小水泥用量为280kg/m3的要求。最终以280kg/m3为基准，选取与之相差10%的相邻2个水泥用量进行试配。

2.2.3 选取用水量

依据试验对工作性能的要求和水灰比的大小选取用水量。按照JGJ51规程表5.2.2和表5.2.3要求，最大水灰比要求0.5。

2.2.4 选取松散体积砂率

根据混凝土用途选取松散体积砂率。按照JGJ51规程表5.2.4要求，依据经验选取松散体积砂率为40%。

2.2.5 计算粗细骨料用量

根据粗细骨料的类型选用粗细骨料总体积，并按下列公式计算每立方米混凝土的粗细骨料用量。

根据圆球型泥质陶粒骨料类型和普通砂，按照JGJ51规程表 5.2.5要求选用粗细骨料总体积为1.25m3，计算每立方米混凝土的粗细骨料用量。

最终本试验共进行了3组陶粒混凝土的配合比设计及强度试验，如表1所示。

综合考虑成本与设计要求，选定水胶比0.5的配合比进行力学性能试验。

3 试验结果及分析

3.1 粉煤灰掺量对陶粒混凝土力学性能的影响分析

粉煤灰中含有大量SiO2和Al2O3成分，形成大量玻璃体微颗粒，在混凝土中掺入一定量的粉煤灰可以明显改善陶粒混凝土的工作和易性，且发生火山灰反应，提高混凝土后期强度。文中粉煤灰掺量为0、10%、20%、30%和40%时陶粒混凝土的抗压强度和抗弯拉强度，以选择最优的粉煤灰掺量。试验结果如表2和图1所示。

不同粉煤灰掺量的陶粒混凝土力学性能试验结果 表2

图1 陶粒混凝土力学性能随粉煤灰掺量的变化图

随着粉煤灰掺量的增加，陶粒混凝土强度呈先增加后减小的变化趋势。当掺量为20%时混凝土强度达到最大24.0MPa。粉煤灰颗粒较水泥小，能很好的填补水泥间的空隙，优化胶凝材料级配，并且其特有的“火山灰效应”使得水化后的基体更加紧密，因此混凝土的强度增加。但是粉煤灰掺量过大，水泥水化凝胶就少，混凝土强度又呈逐渐降低的趋势。

3.2 纤维掺量对陶粒混凝土力学性能的影响分析

文中在0.5水胶比、288kg/m3水泥用量和72kg/m3粉煤灰掺量基础上，研究纤维掺量 0kg/m3、0.5kg/m3、1kg/m3、1.5kg/m3、2kg/m3对陶粒混凝土抗压强度和抗弯拉强度的影响。试验结果图2所示。

图2 陶粒混凝土力学性能随PVA掺量的变化图

随着纤维掺量的增加，陶粒混凝土的抗压强度先增加后减小，当掺量小于1.0kg/m3时，纤维在混凝土中有效的束缚住陶粒，防止陶粒上浮，同时填补了一些空隙，因此强度上升。但是过多的纤维纤维不仅不容易分散，而且会把部分空气带入混凝土中，减小基体粘结力，混凝土抗压强度呈急剧大幅降低的趋势。

随着纤维掺量的增加，陶粒混凝土的抗弯拉强度呈逐渐增加的趋势，压折比逐渐减小，混凝土柔性增大，抗裂性能增强。

4 结论

①随着粉煤灰掺量的增加，陶粒混凝土强度先增大后减小，陶粒混凝土中粉煤灰的最优掺量为20%，不宜超过40%。

②PVA纤维可以有效提高陶粒混凝土的力学性能，尤其是抗弯拉强度。但是纤维掺量过大也会大幅降低陶粒混凝土强度，甚至低于设计要求，纤维的建议掺量为1.0～1.5kg/m3。

综合以上，合理的粉煤灰、PVA掺量，可以有效提高陶粒混凝土的力学性能，但是过量的粉煤灰、PVA掺量同样会导致陶粒混凝土力学性能的急剧降低。因此，本文为工程师们直接进行陶粒混凝土设计提供了粉煤灰、PVA掺量的参考值，实际工程应以试验为准。

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TU528.572

A

1007-7359（2016）06-0168-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.065

杨航（1983-），男，广西来宾人，毕业于长沙理工大学，硕士，工程师。