聚丙烯纤维轻骨料混凝土抗压强度试验研究

杨力辉，梁向东，杨丽君

（联勤保障部队第四工程代建管理办公室，沈阳 110005）

抗压性能是聚丙烯纤维自燃煤矸石轻骨料混凝土最基本的力学性能指标，也是确定其他力学性能指标和参数的重要因素[1-2]。轻集料混凝土的抗压强度很重要，强度等级也是按其立方体抗压强度值来确定。为了掌握这种新型建筑材料的主要特征和力学性能，本文研究了聚丙烯纤维轻骨料混凝土的配合比设计，通过抗压强度试验得到重要的结论。

1 试验原料

在确定每种影响因素变化范围的前提下，本文采用均匀试验设计安排试验，采用的原材料主要有：水泥、砂子、聚丙烯纤维、外加剂、水和煤矸石。

水泥采用的是河北省唐山冀东水泥厂生产的盾石牌42.5 普通硅酸盐水泥（P.0），主要技术性质指标如表1所示。

表1 水泥主要技术性质指标

砂子采用的是阜新市他本镇他本河中砂，细度模数为2.98，堆积密度为1 550 kg/m3，级配合格。聚丙烯纤维采用的是江苏省射阳县强力纤维有限公司生产的产品，其技术参数如表2所示。

外加剂采用的是上海花王化学有限公司生产的“迈地”早强高效纯萘系减水剂，掺量为水泥用量的0.3%～1.0%，减水率为15%～35%，在保持水泥用量和水灰比不变的情况下，可提高塌落度15 ～20 cm。试验采用的是自来水，符合规范对水质的要求，即《混凝土拌合用水标准》（JGJ63-1989）规定。煤矸石是在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低，并具有一定强度的岩石，主要化学成分如表3所示,主要物理指标如表4所示。

表2 聚丙烯纤维的技术参数

表3 阜新高德矿自燃煤矸石主要化学成分

表4 阜新高德矿自燃煤矸石主要物理指标

2 影响因素的变化范围的确定

本研究采用均匀设计安排试验[3]。选定5 个影响因素（水泥、水、砂率、Y 型聚丙烯纤维含量、减水剂），安排10 组试验，试验选用的均匀设计表的使用表是S=5，均匀度偏差D=0.241 4。试验选用水泥范围是490 ～535 kg/m3，用水范围是165 ～210 kg/m3，砂率是36%～45%。通过以往的经验数据，混凝土中掺入0.9 kg/m3的聚丙烯纤维最佳。所以，在保证纤维总量不变的情况下，取Y 型和圆型聚丙烯纤维总含量的范围是0.0 ～0.9 kg/m3（试图通过掺不同掺量不同截面纤维，达到增强、增韧的目的）。减水剂掺量范围是1.0 ～2.0 kg/m3。实验室试验配合比如表5所示，抗压强度结果如表6所示。

本试验研究中，所掺的聚丙烯纤维属于低掺率的，所以对混凝土的抗压强度的极限荷载影响不是很大，掺加聚丙烯纤维只是提高了试件破坏时的变形和试件开裂后的承载性能[4]。试验发现，由于聚丙烯纤维的加入，在压缩破坏时，混凝土的延性得到增强。混凝土并不出现崩碎和突然的强度降低，而是在达到峰值后强度逐渐降低，表现出一定的破坏过程，出现破坏征兆，混凝土表现出延性破坏的性质。加入纤维的立方体试件从加载开始直至试件破坏仍保持整体性，而素混凝土试件则被压成碎块。纤维减少了混凝土中原生裂缝的发展，并且限制了混凝土中裂缝的发展延伸，所以纤维混凝土的开裂荷载较素混凝土要大[5-6]。

3 结论

通过混凝土抗压强度的数据分析，本文得出第8组抗压强度数据最大。也就是说，只考虑到混凝土的抗压强度，混凝土的配合比为：水泥:煤矸石:砂子:水:Y 型聚丙烯纤维:圆型聚丙烯纤维:外加剂:附加水＝525:748:766:170:0.6:0.3:1.556:64，这时可配制出28 天抗压强度50.26 MPa 的聚丙烯纤维自燃煤矸石轻骨料混凝土。

表5 实验室试验配合比

表6 抗压强度结果