基于正交试验的混合纤维混凝土力学性能研究

2022-07-25林泽桦闵金伟

四川建材 2022年7期

林泽桦，王兵，闵金伟

(江西理工大学土木与测绘工程学院，江西赣州 341000)

0 前言

目前国内外诸多学者对混凝土的性能行进了诸多研究，纤维因其良好的力学性能被广泛应用在混凝土中。已有研究表明[1-2]短纤维的掺入能明显改善混凝土的抗拉性能和韧性。聚丙烯腈纤维因其抗拉强度高，韧性好，已成为混凝土在增韧作用中的重点研究对象[3-4]。钢纤维在混凝土受载破坏过程中能够明显阻止混凝土裂缝的扩展，还能明显增强混凝土的抗拉强度和韧性；而聚丙烯腈纤维对混凝土的力学性能影响不大，主要表现在混凝土的耐久性和早期收缩裂缝。王志旺等[5]研究发现聚丙烯腈纤维的掺入能够明显改善混凝土的抗渗性和抗冻性等耐久性能。孔琳洁等[6]研究发现聚丙烯腈纤维的掺入能明显改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。目前对混掺纤维混凝土没有明确的技术指导性文件，为了进一步研究混掺纤维对混凝土力学性能的影响，本文通过对钢纤维、聚丙烯腈纤维和矿粉进行三因素三水平的正交试验，研究立方体抗压强度，轴心抗压强度和抗折强度。

1 试验概况

1.1 配合比

本试验根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)结合相关的规范，在相同水胶比(0.4)的情况下，考虑的因数水平为矿粉掺量Ma(0，7%，14%)、钢纤维体积分数Vs(0，1%，2%)、聚丙烯腈纤维体积分数Vp(0，0.05%，0.10%)。三因数三水平，采用L9(33)正交表设计正交试验。混凝土配合比设计及强度见表1。

表1 混凝土配合比设计及强度

1.2 试样制备

按照国家相关标准[7]进行试块的制备，采用单卧轴式混凝土搅拌机。准备3个100 mm×100 mm×100 mm的试模。在试模上涂上脱模剂，将搅拌好的拌合物拌和均匀，接着将混凝土装入试模内，用抹刀插捣，敲击，然后在振动台上震动1 min左右，将试模上多余的砂浆层刮掉，保持与试模口齐平，敷上塑料薄膜，这些工作要在规定的时间30 min内完成。

2 试验现象及结果分析

将试块在标准养护室养护至28 d后取出进行强度试验，采用DYE—2000 s型全自动恒应力试验机测试混凝土立方体抗压强度fcu，试验结果见表1。为了考察钢纤维体积分数A，聚丙烯腈纤维体积分数B，矿粉掺量C对立方体抗压强度的影响，对结果进行极差分析和方差分析，找出显著性影响因数，其结果见表2。

表2 混凝土强度值极差和方差分析

2.1 混凝土立方体抗压强度极差分析

①各因数对混凝土立方体抗压强度的影响表现为A>C>B，其中钢纤维体积分数对混凝土立方体抗压强度的影响最为明显，其极差值R为12.900 MPa，矿粉掺量的影响程度次之，其极差值R为2.523 MPa，而聚丙烯腈纤维体积分数对混凝土立方体抗压强度的影响程度最小，其极差值R为0.500 MPa；②当Vs从0提高到1%时，混凝土立方体抗压强度提高了8.69%，当Vs从0提到到2%时，混凝土立方体抗压强度提高了32.66%；③当Vp从0提高到0.05%时，混凝土立方体抗压强度下降了0.96%，当Vp从0提高到0.1%时，混凝土立方体抗压强度反而提高了0.15；④当Ma从0提高到7%混凝土立方体抗压强度提高了2.98%，当Ma从0提高到14%时，混凝土立方体抗压强度下降了5.80%。