剑麻纤维增强珊瑚混凝土抗拉性能研究★

邓雪莲　刘存鹏　陈宜虎

(1.桂林理工大学博文管理学院土木与工程学院，广西 桂林　541004；　2.桂林理工大学分校土建学院，广西 南宁　530000)



剑麻纤维增强珊瑚混凝土抗拉性能研究★

邓雪莲1刘存鹏2*陈宜虎1

(1.桂林理工大学博文管理学院土木与工程学院，广西 桂林541004；2.桂林理工大学分校土建学院，广西 南宁530000)

研究了珊瑚混凝土水灰比为0.4，剑麻纤维掺量分别为0 kg/m3，1.5 kg/m3，3 kg/m3，4.5 kg/m3和6 kg/m3时，试块在3 d，7 d，14 d，21 d，28 d时的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度。试验结果表明当剑麻纤维掺量为3 kg/m3时，珊瑚混凝土试块的劈裂抗拉强度提高幅度最大。

剑麻纤维，珊瑚混凝土，水泥砂浆，抗拉性能

在我国海洋周边进行基础土木建设时，用珊瑚礁砂作为粗骨料代替混凝土中的碎石，能够大大降低运输过程中的时间成本和经济成本。研究一种新型的珊瑚混凝土对我国海洋周边建设具有重要的意义。珊瑚骨料轻质多孔的特点限制了珊瑚混凝土的各项力学性能，向其中添加价格低廉易得的剑麻纤维，研究其改良后的力学性能。本文主要研究剑麻纤维珊瑚混凝土的抗拉性能。

1　试验设计

1)试验原材料。水泥：本试验的水泥采用P.O42.5R级广西柳州的海螺牌水泥。粗骨料：珊瑚砂，形状有条状和块状，条状珊瑚砂长约4 cm～6 cm，直径2 cm左右；块状珊瑚砂长宽约3 cm～4 cm，直径2 cm左右(见图1)。细骨料：普通天然河砂，中砂。海水：按照海水成分的比例用海盐配制而成。剑麻纤维：长度3 cm左右(见图2)。珊瑚骨料的主要物理性能指标见表1，剑麻纤维力学性能见表2。

表1　珊瑚骨料的主要物理性能指标

表2　剑麻纤维力学性能

密度断裂伸长率抗拉强度杨氏模量1.483.0～5500～70013～26

2)试验配合比。按照JGJ 91—2002轻集料混凝土技术规程里的要求设计配合比。首先确定水灰比为0.4，剑麻纤维含量分别为0 kg/m3，1.5 kg/m3，3 kg/m3，4.5 kg/m3和6 kg/m3，剑麻纤维珊瑚混凝土配合比如表3所示。

表3　剑麻纤维珊瑚混凝土配合比

3)试验步骤。a.珊瑚混凝土的劈裂抗拉试验方法参照GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法,用表3中的混凝土配合比来制作剑麻纤维珊瑚混凝土试块，本试验的试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，考虑到劈裂抗拉强度随龄期增长的关系，本试验的龄期设置为3 d,7 d,14 d,21 d,28 d，因此同一剑麻纤维含量的珊瑚混凝土成型15个试块。b.剑麻纤维在加入搅拌机搅拌的时候很容易打结，从而影响剑麻纤维在珊瑚混凝土中的分散性，影响劈裂抗拉的试验结果。试验下料的时候将珊瑚砂骨料和河沙先放进搅拌机搅拌，然后采取人工分散的方法加入剑麻纤维，利用粗细骨料和剑麻纤维之间的摩擦让剑麻纤维均匀地分散，接着加入1/2计算好的净海水量，搅拌1 min后，加入剩余的水和水泥，搅拌2 min后浇筑。c.在温度为20 ℃±2 ℃、湿度为95%以上的标准条件下养护，相应的龄期测定试块的劈裂抗拉强度。

2　试验结果与分析

1)剑麻纤维珊瑚混凝土劈裂抗拉试验结果(见图3)。从图3可以看出，随着剑麻纤维含量的增加，剑麻纤维珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度先增大后减小。当剑麻纤维含量为3 kg/m3时，剑麻纤维珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度增长的最为明显，当剑麻纤维含量增加到4.5 kg/m3和6.0 kg/m3时，剑麻纤维珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度增长并不明显，反而随着纤维掺量增加珊瑚混凝土的强度呈下降趋势。由此得出，剑麻纤维的含量并不是越高越能增强剑麻纤维珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度。这是因为，当剑麻纤维含量超过一个最优含量时，剑麻纤维在珊瑚混凝土中不容易散开，剑麻纤维打结拧巴成一团一团，这样形态的剑麻纤维在珊瑚混凝土中会降低砂浆之间的粘结力，从而降低了剑麻纤维珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度。而当剑麻纤维含量在最优含量之内时，剑麻纤维能够很好地分散在珊瑚混凝土中，当混凝土凝结硬化之后，剑麻纤维就像许多根细小的纤维筋拉结着珊瑚混凝土的砂浆，有些剑麻纤维甚至能够嵌入珊瑚骨料的空隙，起到更好的拉结作用，因此适量的剑麻纤维能够增强珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度。

2)破坏过程分析。加载初期，剑麻纤维珊瑚混凝土试块并没有出现裂纹，荷载以一定的速率增长，试块在中央的大致位置出现竖向裂缝，接着裂缝向上下两个垫条发展并伴随着许多细小的裂纹，中间主裂纹逐渐扩大，直到剑麻纤维珊瑚混凝土试块被劈坏。比较添加剑麻纤维的试块和不添加剑麻纤维的试块在劈裂抗拉破坏过程中的差异，发现添加剑麻纤维的试块在劈裂过程中主裂纹的

发展相对缓慢，次裂纹多而且细小。这是因为添加了剑麻纤维，剑麻纤维在试块劈裂抗拉过程中起到了良好的阻裂作用。大量的剑麻纤维分布在珊瑚混凝土试块中对砂浆有良好的拉结作用，从而在一定程度上提高了珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度。

3)实验结果分析。添加适量的剑麻纤维能够增强珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度。由本次实验数据得出当剑麻纤维的掺量为3 kg/m3时，珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度最高最明显，这是因为剑麻纤维的添加能在一定程度上产生阻裂增强作用，对裂纹的产生和发展也有一定的约束作用。珊瑚骨料属于多孔疏松材料，表面和内部都存在着大量孔洞，浇筑成型的珊瑚混凝土试块内部本身就有不同程度的细微裂缝和孔隙缺陷存在，在施加荷载的过程中，珊瑚混凝土内部孔隙和缺陷部位产生应力集中，从而引起裂缝的扩展，直至试块破坏。但是添加剑麻纤维之后就能减少裂缝的数量和缩减裂缝的尺寸，使裂缝尖端的应力集中得到缓和，因此剑麻纤维能够增强珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度。但是当添加的剑麻纤维超过3 kg/m3时，珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度反而降低，这是因为剑麻纤维的含量过多，剑麻纤维的总表面积就变大，而珊瑚混凝土中的砂浆是定量，这就会使砂浆不能充分地包裹住剑麻纤维，剑麻纤维在珊瑚混凝土中起着破坏粘结的作用，从而降低珊瑚混凝土的密实度和增加珊瑚混凝土内部的缺陷；同时，剑麻纤维含量过多会使剑麻纤维在混凝土中分散时容易缠绕打结，在搅拌混凝土时打结的剑麻纤维带入一定量的空气，增大珊瑚混凝土内部的孔隙率，引起劈裂抗拉强度降低。

3　结语

1)掺入不同量的剑麻纤维能够对珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度有不同的影响。剑麻纤维的质量掺量为3 kg/m3时，珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度比其他含量时高，本试验确定的剑麻纤维的最优掺量为3 kg/m3。2)当剑麻纤维的含量超过一定的限值，反而会影响珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度。剑麻纤维的掺量并不是越多越起到增强的作用，掺量过多反而会降低珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度。3)含剑麻纤维珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度还受到养护龄期的影响，当剑麻纤维含量在合适的范围内时，随着龄期的增长，劈裂抗拉强度逐渐增大，与普通的珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度随龄期的增长规律相同。

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On tensile performance of coral concrete strengthened by sisal fiber★

Deng Xuelian1Liu Cunpeng2*Chen Yihu1

(1.CollegeofCivilEngineering,BowenCollegeofAdministration,GuilinUniversityofTechnology,Guilin541004,China; 2.CollegeofCivilEngineering,BranchofGuilinUniversityofTechnology,Nanning530000,China)

The paper researches the water-cement ratio of the coral concrete is 0.4, the mixing volumes of the sisal fiber are 0 kg/m3, 1.5 kg/m3, 3 kg/m3, 4.5 kg/m3and 6 kg/m3, calculates the cube crushing strength and splitting tensile strength for the trials in 3 d, 7 d, 14 d, 21 d and 28 d, and proves by the test results that the splitting tensile strength can be improved maximally for the coral concrete trial when the mixing volume of the sisal fiber is 3 kg/m3.

sisal fiber, coral concrete, cement slurry, tensile performance

1009-6825(2016)08-0137-02

2016-01-09★:2015年度广西壮族自治区高等学校科学研究项目(项目编号：KY2015YB505)

邓雪莲(1989- )，女，硕士，助教；陈宜虎(1979- )，男，副教授

刘存鹏(1989- )，男，硕士，助教

TU528

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