剑麻纤维增强自密实轻骨料混凝土力学性能的研究

董健苗，聂浩，燕元晶，王亚东，杜亚聪

（广西科技大学，广西 柳州 545006）

剑麻纤维增强自密实轻骨料混凝土力学性能的研究

董健苗，聂浩，燕元晶，王亚东，杜亚聪

（广西科技大学，广西 柳州 545006）

在C40自密实轻骨料混凝土中掺加剑麻纤维，用于提高自密实轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度及抗裂性。研究了剑麻纤维的长度及掺量对自密实轻骨料混凝土抗压、劈裂抗拉强度的影响。结果表明，剑麻纤维对提高自密实轻骨料混凝土抗压强度的贡献不大，甚至降低7 d抗压强度，但对劈裂抗拉强度有大幅提高作用。剑麻纤维长度为10 mm、掺量为3 kg/m3时，自密实轻骨料混凝土的28 d劈裂抗拉强度较基准混凝土提高54.2%。

自密实轻骨料混凝土；剑麻纤维；长度；掺量；力学性能

0 引言

自密实轻骨料混凝（SCLC）是在普通自密实混凝土技术基础上，用轻骨料代替普通骨料配制的一种表观密度小于1950 kg/m3的新型高性能混凝土[1-2]。自密实轻骨料混凝土解决了普通混凝土的自重大和施工时需要振捣等问题，但并没有解决混凝土韧性和抗裂性差等缺点[3]。目前，国内外主要选用钢纤维和合成纤维（聚丙烯、尼龙等）增强混凝土，选用植物纤维增强自密实轻骨料混凝土相关研究较少。剑麻纤维的微观结构复杂，连续长度长，具有较小的密度、较高的拉伸强度及较好的物理特性和加工工艺性，且来源广、价格低、可再生，是代替合成纤维的理想材料之一[4]。本文参考GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》和JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》，研究不同掺量和长度的剑麻纤维对自密实轻骨料混凝土抗压和劈裂抗拉强度的影响。

1 试验

1.1 原材料

水泥：广西鱼峰集团有限公司生产的鱼峰牌P·O42.5水泥；陶粒：湖北宜昌宝珠陶粒有限公司生产的700级页岩圆球型陶粒，主要性能指标见表1；砂：柳江河砂，中砂；粉煤灰：来宾电厂产的Ⅰ级灰，密度2．24 g/cm3，比表面积423 m2/kg，主要化学成分见表2；聚羧酸高效减水剂：苏州弗克技术股份有限公司生产，粉剂，减水率为30%；剑麻纤维：广西剑麻集团生产，密度1.5 g/cm3，直径304 μm，主要技术指标见表3。

表1 陶粒的主要性能指标

表2 粉煤灰的主要化学成分 %

表3 剑麻纤维的主要性能指标

1.2 自密实轻骨料混凝土配合比

本试验参考JGJ/T 283—2012中的绝对体积法配制强度等级为C40的自密实轻骨料混凝土，并通过试验确定了各种材料的用量。将在干燥通风环境下自然干燥的剑麻纤维用剪刀裁剪成长度分别为5、10和15 mm，按0、1、2、3、4 kg/m3的掺量掺入自密实轻骨料混凝土中，并考虑到剑麻纤维的吸水率，拌合混凝土的用水量增加了剑麻纤维的吸水量。具体试验配合比见表4。

表4 剑麻纤维增强自密实轻骨料混凝土的配合比

1.3 试样制备

首先将陶粒倒入搅拌锅中，加1/3的水，搅拌30 s，使陶粒充分润湿；然后将砂、粉煤灰、水泥、粉状的减水剂依次倒入搅拌锅中搅拌30 s，使其搅拌均匀；将剑麻纤维慢慢加入搅拌锅中，搅拌30 s使其均匀分布在混凝土中；最后将剩余的水均匀加入搅拌锅中，搅拌180 s。按照GB/T 50081—2002进行成型、养护。试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm。

2 试验结果及分析

根据表4的配合比制备13组试块，测试剑麻纤维长度及掺量对自密实轻骨料混凝土扩展度、T500、表观密度、抗压及劈裂抗拉强度的影响，结果见表5。

表5 剑麻纤维对自密实轻骨料混凝土性能的影响

2.1 剑麻纤维对自密实轻骨料混凝土工作性能的影响

从表5可以看出：随着剑麻纤维长度和掺量的增加，自密实轻骨料混凝土浆体的扩展度均减小、T500增大。除SCLC13组试样外，其余各组试样的工作性能均符合JGJ/T 283—2012中填充性性能等级SF1（扩展度不小于550 mm）和VS1（T500大于2 s）的技术要求。

2.2 剑麻纤维对自密实轻骨料混凝土抗压强度的影响

从表5可以看出：随着剑麻纤维掺量从0增加到4 kg/m3，自密实轻骨料混凝土的7 d抗压强度逐渐降低，28 d抗压强度呈现先提高后降低的趋势；剑麻纤维掺量在2～4 kg/m3内，在剑麻纤维掺量相同的情况下，随着剑麻纤维长度从5 mm增加到15mm，自密实轻骨料混凝土的抗压强度略有提高。

主要原因在于：在同样的粘结强度下，剑麻纤维的长度增加，则与混凝土基体接触面积也增大，从而提高粘结性能；同时，剑麻纤维的长度增加约束了自密实轻骨料混凝土的横向膨胀，从而提高了混凝土的抗压强度。随着剑麻纤维掺量的增加，使剑麻纤维与混凝土基体粘结处的薄弱界面增多，导致混凝土的抗压强度降低[5]。因此，剑麻纤维掺量过多，对自密实轻骨料混凝土抗压强度没有贡献，甚至降低了混凝土的抗压强度。

2.3 剑麻纤维对自密实轻骨料混凝土劈裂抗拉强度的影响

从表5可以看出：随着剑麻纤维长度从5 mm增加到15 mm，自密实轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度呈先提高后降低的规律，剑麻纤维长度为10 mm时，自密实轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度最高。这是因为，剑麻纤维长度太短，则粘结面积过小，容易从混凝土基体中拔出，不能充分利用纤维抗拉性强的特点；剑麻纤维长度太长，在搅拌过程中容易打团，不能均匀的分散在混凝土基体中，造成自密实轻骨料混凝土局部缺陷，同时，剑麻纤维长度太长，阻碍了自密实轻骨料混凝土流动，降低了剑麻纤维增强自密实轻骨料混凝土的工作性能[6]。

从表5还可以看出：在剑麻纤维长度相同情况下，随着剑麻纤维掺量从0增加到4 kg/m3，自密实轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度呈现先提高后降低的趋势。在承受荷载的初期，由混凝土基体和剑麻纤维共同承受外力，当混凝土开裂后，主要由横跨裂缝的剑麻纤维承受外力。故掺入剑麻纤维后，自密实轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度均有所提高。随着剑麻纤维掺量的增加，剑麻纤维在自密实轻骨料混凝土中容易结团，分布不均匀，同时增加了自密实轻骨料混凝土的薄弱界面，当剑麻纤维的增强作用优于薄弱界面的作用，则自密实轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度增大；当剑麻纤维的增强作用弱于薄弱界面的作用，自密实轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度降低[7]。本试验自密实轻骨料混凝土中剑麻纤维最佳掺量为3 kg/m3。

3 结论

（1）剑麻纤维是一种可再生的绿色环保材料，与混凝土有良好的粘结性能，可作为混凝土的纤维增强材料使用。

（2）随着剑麻纤维长度和掺量的增加，自密实轻骨料混凝土的工作性能逐渐降低。但适当控制剑麻纤维长度和掺量，自密实轻骨料混凝土的工作性能均符合JGJ/T 283—2012中填充性性能等级SF1（扩展度不小于550 mm）和VS1（T500大于2 s）的技术要求。

（3）剑麻纤维对提高自密实轻骨料混凝土抗压强度的贡献不大，甚至会导致抗压强度略为降低。

（4）掺入剑麻纤维可明显提高自密实轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度，剑麻纤维长度为10 mm，掺量3 kg/m3时，28 d劈裂抗拉强度较基准混凝土提高54.2%。

[1]兰宪钢.自密实纤维轻骨料混凝土工作及力学性能的研究[D].大连：大连交通大学，2011.

[2]李晓斌.自密实轻骨料混凝土工作性能和力学性能影响因素分析[J].新型建筑材料，2012（2）：9-12.

[3] 王玉梅,刘锡军.自密实轻骨料混凝土配合比设计及基本力学性能试验[J].混凝土，2012（6）：111-113.

[4] 刘备，季涛，张丽哲.黄麻纤维增强混凝土的抗压和抗折性能研究[J].产业用纺织品，2013（4）：43-45.

[5] 徐丽丽.纤维轻骨料混凝土力学性能及微观结构试验研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2012.

[6]沈荣熹，王璋水，崔玉忠．纤维增强水泥与纤维增强混凝土[M].北京：化学工业出版社，2006.

[7]胡曙光．先进水泥基复合材料[M]．北京：科学出版社，2009．

Study on mechanical properties of sisal fiber reinforced self-compacting lightweight aggregate concrete

DONG Jianmiao，NIE Hao，YAN Yuanjing，WANG Yadong，DU Yacong
（Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China）

By adding sisal fibers into strength class C40 self-compacting lightweight aggregate concrete to enhance the selfcompacting lightweight aggregate concrete splitting tensile strength and crack resistance.The influence that the length and dosage of sisal fiber on compressive strength and splitting tensile strength of self-compacting lightweight aggregate concrete was researched in the experiment.It is dedicated in the statistics that sisal fiber contributes little to the compressive strength，even reduces 7 d compressive strength，but the splitting tensile strength is greatly improved in self-compacting lightweight aggregate concrete.When the length of sisal fiber is 10 mm and the dosage is 3 kg/m3，the 28 d splitting tensile strength of sisal fiber reinforced self-compacting lightweight aggregate concrete increases 54.2%.

self-compacting lightweight aggregate concrete，sisal fiber，length，dosage，mechanical properties

TU528.2

A

1001-702X（2016）08-0089-03

广西教育厅科学基金项目（YB2014199）；

广西高校中青年骨干教师培养计划项目（2014年）；

柳州市科学研究与技术开发计划项目（2013B030402）

2015-12-22；

2016-01-18

董健苗，女，1972年生，广西柳州人，教授。