剑麻纤维长度对自密实轻骨料混凝土性能的影响

聂 浩,付希尧

(广西建设职业技术学院,广西 南宁 530007)

0 前 言

自密实轻骨料混凝(SCLC)是指能够在重力作用下自动填充模板,且表观密度小于1 950 kg/m3的新型高性能混凝土,它解决了普通混凝土自重大和施工时需要振捣扰民等问题,但是并没有解决混凝土的韧性和抗裂性差等缺点[1-2]。目前,国内外主要选用钢纤维和合成纤维(聚丙烯、尼龙等)作为增强剂来增强混凝土的韧性和抗裂性能,而选用植物纤维作为增强剂的研究比较少见。本试验结合广西区域特色,选用植物纤维中剑麻纤维作为增强材料,主要是因为剑麻纤维来源广、价格低、可再生、拉伸强度高,且具有良好的物理特性及加工工艺性,是代替合成纤维的理想材料之一[3]。本文参考《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)和《自密实混凝土应用技术规程》(JGJT 283—2012),通过选用不同长度的剑麻纤维进行试验,研究其对强度等级C40自密实轻骨料混凝土容重、流动性、抗压强度、劈裂抗拉强度及弹性模量的影响。

1 试验部分

1.1 原材料

水泥：采用P·O42.5普通硅酸盐水泥；参考《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)国家标准。

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,相关参数见表1。

表1 陶粒的主要技术指标

砂：中砂。

粉煤灰：I级灰,密度2.24 g/cm3,比表面积423 m2/kg。

减水剂：采用聚羧酸系高效减水剂,粉剂,减水率达30%。

剑麻纤维：选用广西剑麻集团生产的剑麻纤维成品,将剑麻纤维剪成5、10和15 mm的不同长度,技术指标见表2。

表2 广西剑麻集团剑麻纤维技术指标

1.2 自密实轻骨料混凝土配合比

本试验研究依据《自密实混凝土应用技术规程》(JGJT 283—2012)中绝对体积法计算及实验室试配确定各种材料用量。其中,水灰比为0.28,陶粒体积掺量为0.42,减水剂掺量为胶凝材料的1.23%,粉煤灰采用等量法取代27%的水泥。将5、10和15 mm不同长度的剑麻纤维均以2 kg/m3的掺量掺入自密实轻骨料混凝土中,并考虑剑麻纤维吸水性,附加剑麻纤维的吸水量。试验具体数据见表3。

表3 剑麻纤维增强自密实轻骨料混凝土配合比

2 试验结果与分析

2.1 混凝土容重

混凝土容重见图1,由图1表明：掺入剑麻纤维显著降低了自密实轻骨料混凝土的容重,大约降低80 kg/m3；自密实轻骨料混凝土容重只与剑麻纤维掺量多少有关,与长度无关。主要是因为自密实轻骨料混凝土在搅拌配制过程中,剑麻纤维吸收水分体积膨胀,干燥后水分蒸发,体积收缩,从而增加了自密实轻骨料混凝土与剑麻纤维之间的空隙,降低了自密实轻骨料混凝土的容重。剑麻纤维掺量一定,长度增加,相当于减少了剑麻纤维数量,但并没有改变剑麻纤维掺入的体积率,所以对自密实轻骨料混凝土容重没有影响。

图1 剑麻纤维增强自密实轻骨料混凝土容重

2.2 混凝土流动性

混凝土流动性见图2,从图2可以看出：自密实轻骨料混凝土的流动扩展度随掺入剑麻纤维长度增大而呈降低趋势,掺入的剑麻纤维长度越长,流动扩展度降低幅度越大,依次降低12.3%、18.7%和23.3%。其主要原因是剑麻纤维在自密实轻骨料混凝土中散乱分布、相互搭接,阻碍了粗骨料的沉降,增强了水泥浆与粗骨料之间的包裹性,从而提高了混凝土的整体性,降低了流动性；剑麻纤维越长,水泥浆与粗骨料之间的包裹力越大,降低幅度越大[4]。

图2 剑麻纤维增强自密实轻骨料混凝土流动扩展度

2.3 混凝土抗压强度

抗压强度见图3,从图3可以看出：掺入剑麻纤维,降低了自密实轻骨料混凝土的抗压强度；剑麻纤维长度从5 mm增加到15 mm,自密实轻骨料混凝土抗压强度呈先增加后降低趋势。其主要原因是剑麻纤维表面吸附的水分降低了周围水泥浆的浓度,使剑麻纤维与水泥浆之间产生了薄弱界面,增加了空隙率,从而降低了自密实轻骨料混凝土的抗压强度；剑麻纤维长度从5 mm增加到15 mm,抗压强度先增加后降低,主要是因为混凝土试块在承受压力过程中,剑麻纤维约束混凝土横向变形,当纤维长度过短,容易从混凝土中拔出,当长度过长,则剑麻纤维数量不够,容易拉断,无法约束混凝土的横向变形,所以掺入的剑麻纤维长度为10 mm时,混凝土抗压强度略有上升[5]。

图3 剑麻纤维增强自密实轻骨料混凝土抗压强度

2.4 混凝土劈裂抗拉强度

抗拉强度见图4。

图4 剑麻纤维增强自密实轻骨料混凝土劈裂抗拉强度

从图4可以看出：掺入剑麻纤维,自密实轻骨料混凝土劈裂抗拉强度提升显著,最大提升幅度达45.3%；劈裂抗拉强度随剑麻纤维长度的增加呈先增长后降低的趋势。其主要原因是：剑麻纤维长度太短,有效粘结面小,容易拔出,不能充分利用纤维抗拉强度；长度太长,在拌制过程中容易成团,不能均匀分散,增添了混凝土内部缺陷,同时,掺入体积一定,长度增长,数量减少,则截面积上承受拉应力的剑麻纤维数量减少,造成混凝土抗拉强度下降[6]。

2.5 混凝土弹性模量

剑麻纤维长度对自密实轻骨料混凝土弹性模量的影响,见图5。

图5 剑麻纤维增强自密实轻骨料混凝土弹性模量

从图5可以看出,掺入剑麻纤维降低了自密实轻骨料混凝土弹性模量,掺入的剑麻纤维长度越长,降低幅度越大,最大降低幅度为18.52%。主要原因：①因为剑麻纤维的弹性模量低于自密实轻骨料混凝土；②因为剑麻纤维表面与自密实轻骨料混凝土基体之间存在薄弱界面和间隙,这些薄弱界面和间隙增加了自密实轻骨料混凝土的孔隙率,降低了强度及弹性模量[6]。

3 结 论

1)自密实轻骨料混凝土容重只与剑麻纤维掺量大小有关,与长度无关。

2)掺入剑麻纤维,能够降低自密实轻骨料混凝土的流动扩展度和抗压强度；剑麻纤维长度从5 mm增加到15 mm,自密实轻骨料混凝土流动扩展度降低幅度增大,抗压强度呈先增加后降低变化。

3)掺入剑麻纤维,自密实轻骨料混凝土劈裂抗拉强度显著提升,且随剑麻纤维长度的增加,劈裂抗拉强度呈先增长后降低的趋势。

4)掺入剑麻纤维能够降低自密实轻骨料混凝土的弹性模量,掺入的剑麻纤维长度越长,降低幅度越大,最大降低幅度为18.52%。

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