基于正交试验矿物纤维混凝土性能的研究

李化东

摘 要：作为一种名副其实的绿色、环保材料，矿物纤维以其良好的稳定性、电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等优势性能，广泛应用于水泥混凝土領域。较钢纤维、聚丙烯等纤维更具高性价比，将其掺入混凝土可显著提高混凝土抗弯拉强度和抗裂性能。采用正交试验方法，分析水灰比、纤维掺加量、纤维长度、纤维直径等因素对混凝土的抗压强度和抗弯拉强度的影响。

关键词：矿物纤维混凝土；正交试验；抗压强度；抗弯拉强度

中图分类号：U414 文献标识码：A

0.引言

近年来，绿色、环保的建筑材料受到各行各业的青睐。矿物纤维以其良好的稳定性、电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等优势性能，广泛应用于水泥混凝土工程领域中。传统混凝土存在着抗弯拉强度低、容易开裂等缺点，现代混凝土结构已对混凝土的抗弯拉强度提出了更高的要求。在普通混凝土中掺入矿物纤维即可提高其力学强度，又可良好地改善其耐磨和脆性性能。因而，对于纤维混凝土的研究已经成为目前水泥混凝土领域的热点。

1.正交试验设计

正交试验设计是根据因子设计的分式原理，采用由组合理论推导的正交表来安排设计试验，它的优点是能在众多试验方案中优选出代表性强的少数试验方案进行试验，并通过结果分析推断出最优方案。

1.1原材料试验

水泥采用长春亚泰普通硅酸盐水泥P·O42.5，其细度、凝结时间、安定性、强度等各项性能指标均合格；粗集料采用5～25连续级配石灰岩，各项指标合格；细骨料选用细度模数为3.1的天然河砂；矿物纤维选用南方某矿物纤维有限公司产品，主要性能见表1；减水剂采用聚羧酸型高效减水剂，掺量为1%。

1.2试验因素和方案选择

影响水泥混凝土的抗压、抗弯拉等强度性能的因素众多，利用正交试验，通过多因素多水平共同作用组合下的矿物纤维水泥混凝土力学性能分析，确定各因素对混凝土性能的影响情况。本文采用四因素三水平的正交试验方案，对矿物纤维混凝土度性能影响程度进行分析。

混凝土目标设计强度等级选择C40，制备标准尺寸（150mm×150mm×550mm）小梁抗弯拉强度试件，在标准养护条件养护28d后，对试件先进行抗弯拉强度试验，再继续对折断后混凝土试件进行抗压强度试验。选择水灰比、纤维掺量、水泥用量、砂率4个影响因素，每个因素对应3个水平进行正交试验设计，各影响因素设计见表2。

吉林省教育厅十三五科学技术研究项目（ 吉教科合字 [2016] 第537号） 资助。

测定所得矿物纤维混凝土28天龄期时的抗弯拉强度试验和抗压强度试验结果，见表3。

2.正交试验结果及分析

通过对表3、表4中3个水平四因素综合作用下的试验数据进行比对和数值分析，对于矿物纤维水泥混凝土的抗弯拉强度、抗压强度的性能影响程度可从上述试验结果得出如下结论：

（1）在水灰比、纤维掺量、水泥用量、砂率4个影响因素中，矿物纤维掺量对混凝土抗弯拉强度的影响最大，随着纤维掺量的增加其影响呈现出先增后减的态势；水灰比对矿物纤维混凝土的抗弯拉强度的影响也较大，水灰比的越大，抗弯拉强度降低越多。水泥用量和砂率对于矿物纤维混凝土抗弯拉强度都会产生一定程度的影响，但影响程度不是十分明显。

4个影响因素对于矿物纤维混凝土抗弯拉强度的影响程度顺序为：纤维掺量>水灰比>砂率>水泥用量。

（2）在水灰比、纤维掺量、水泥用量、砂率4个影响因素中，水灰比和纤维掺量都会对矿物纤维混凝土的抗压强度产生比较大的影响，将两者进行比较，水灰比的影响程度更加明显。当水灰比不继增大时，矿物纤维混凝土的抗压强度也会出现递减的态势。随着矿物纤维掺量的增加，混凝土的抗压强度也会出现先增后减的态势。水泥用量对混凝土抗压强度的影响要大于砂率对抗压强度的影响程度。

4个影响因素对于矿物纤维混凝土抗压强度的影响程度顺序为：水灰比>纤维掺量>水泥用量>砂率。

结语

本文采用正交试验方案设计，在影响矿物纤维混凝土性能的多种因素中，分析水灰比、纤维掺量、水泥用量和砂率4个影响因素对矿物纤维混凝土性能的影响，通过对所得试验结果数据分析得出如下结论：

（1）对于矿物纤维混凝土抗压强度的影响程度顺序为：纤维掺量>水灰比>砂率>水泥用量。

（2）对于矿物纤维混凝土抗弯拉强度的影响程度顺序为：水灰比>纤维掺量>水泥用量>砂率。

参考文献

[1]龚文惠，雷红军，宁虎.正交试验法在土工试验中的应用[J].土工基础，2006，20（5）：78-80.

[2]Tumadhir MB.Properties of glass concrete reinforced with short basalt fibre[J].Materials and Design，2012，42：265-271.

[3]赵玉肖.玄武岩纤维水泥混凝土路面施工工艺及质量控制[J].中外公路，2013，33（2）：72-74.

[4]罗坤，陈锦.基于正交试验玄武岩纤维混凝土性能指标影响因素研究[J].湖南交通科技，2016，42（4）：41-43，85.endprint