高性能混凝土制备及其耐久性性能的试验分析*

2022-08-02张启志

化学与粘合 2022年4期

葛辉，张启志

（1.驻马店市建设工程质量监督站，河南驻马店 463000；2.黄淮学院，河南驻马店 463000）

引言

高性能沥青混凝土的制备成为土木工程主要研究方向之一[1]，慈军针对矿料级配变化会影响沥青混凝土稳定性的问题进行了研究[2]。孙长龙等提出了沥青含量及粉料用量技术处理技巧[3]。白永兵提出了沥青含量配合比设计计算公式[4]。杨文奇等得出浇注式沥青混合料的高温稳定性较低，可以采用适当的方法来改善[5]。陈卫烈等通过试验得出利用振实法优选矿料级配可使沥青混凝土心墙配合比设计过程得到简化[6]。

进一步，当得到了沥青混凝土的最佳配合比后，部分研究学者开展了对沥青混凝土力学及耐久性能的研究[7]。宋日英等得出试件的蠕变随沥青含量的增加而增加，蠕变速率增加的比例大于沥青含量增加的比例[8]。李炜光等通过改变水灰比及乳化沥青用量对水泥乳化沥青混凝土的力学性能影响进行测试分析[9]。山宏宇等对不同乳化沥青掺量下水泥乳化沥青混凝土的耐久性能进行对比试验[10]。曾世东等研究沥青用量对沥青混合料以及沥青路面产生的影响[11]。

可见，目前主要通过分析外界条件因素，来调节沥青混凝土的配合比从而达到提高沥青混凝土性能的目标。本文将两种纤维（聚丙烯纤维和玄武岩纤维）以不同的掺量掺入至沥青混凝土中，研究两种不同的纤维及其掺量对沥青混凝土的抗压强度、抗拉强度及冻融后的抗压强度的影响关系，并得出最佳纤维掺量，为今后高性能沥青混凝土的制备提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

P.O.42.5水泥：SiO2质量分数24.82%，CaO质量分数55.27%，A l2O3质量分数6.87%，Mg O质量分数4.01%，Fe2O3质量分数3.01%，S O3质量分数6.07%，上海森昌实业有限公司生产。

粗、细骨料：粗骨料粒径在10～15mm之间，其堆积密度约为1490k g/m3，表观密度约为2433k g/m3；细骨料粒径在0～10mm之间，其堆积密度约为1520k g/m3，表观密度约为2681k g/m3，均由佛山市圣原耐火保温材料有限公司提供；减水剂：7%的高效减水剂，济南澜海化工有限公司提供；聚丙烯纤维长度6mm、玄武岩纤维长度8mm，均由廊坊华品保温材料有限公司生产；水：饮用水。

1.2 主要设备及仪器

郑州卓泰检测设备有限公司生产的M A W-100型微控液压式万能试验机进行测试；

北京科达京威科技发展有限公司生产的冻融试验机。

1.3 纤维混凝土的制备

使用搅拌机将水泥、砂、石、水和聚丙烯纤维、玄武岩纤维等进行混合搅拌，其中水∶水泥∶细骨料∶粗骨料=0.42∶1∶1.152∶2.449，玻璃纤维按照不同的体积质量分数掺入。随后放入振动台上进行振动，使得成型的混凝土内部材料均匀且密实，并在不同温度环境下对混凝土试件进行标准养护28d（温度为20℃，相对湿度为95%），将混凝土分别进行抗压强度、抗拉强度测试。

1.4 分析与测试

根据G B/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》，将养护成型的混凝土放置在力学性能试验机上，开始逐级加压力/加拉力，通过试验仪器显示器读取混凝土压碎/拉坏时的受力值，最终取每组3块试件的平均值作为最终值。

2 结果与讨论

2.1 抗拉强度实验

将试样成型后，分成两组测试纤维-沥青混凝土试块的7d、28d的抗拉强度，如图1所示。从图1中可以看出，聚丙烯纤维的最佳掺量在3%，而玄武岩纤维的最佳掺量为2%；掺量在0～2%时，玄武岩纤维对沥青混凝土的抗拉强度的提高效果明显高于聚丙烯纤维；当掺量在2%～4%时，玄武岩纤维对沥青混凝土的抗拉强度的提高效果比聚丙烯纤维要低。但掺量在5%时，玄武岩纤维对沥青混凝土的抗拉强度的提高效果要高于聚丙烯纤维。这是因为两种纤维的长度和表面积等不同，表面积过大时，少量的掺入便能够有效地密实沥青混凝土；另一方面，纤维的不同活性状态也是影响沥青混凝土抗拉强度的重要因素。

图1 两种纤维对沥青混凝土抗拉强度的影响Fig.1 The effect of two kinds of fibers on the tensile strength of asphalt concrete

进一步分析得出，当在沥青混凝土中掺入纤维时，一方面纤维的掺入可以促进水泥的水化，从而导致水化进程加快，对第7d的沥青混凝土强度有着明显的提高；另一方面，由于纤维的比表面积比水泥、砂石要小的多。因此，可以有效地填充至水泥与砂石之间的空隙，从而密实沥青混凝土，提高沥青混凝土的抗拉强度。但随着掺量的过度增加，会导致沥青混凝土的抗拉强度逐渐降低。

2.2 抗压强度实验

将试样成型后，分成两组测试纤维-沥青混凝土试块的7d、28d的抗压强度，如图2所示。从图2中可以看出，聚丙烯纤维的最佳掺量在3%，而玄武岩纤维的最佳掺量为2%；在掺量在0%～2%时，玄武岩纤维对沥青混凝土的抗压强度的提高效果明显高于聚丙烯纤维；当掺量在2%～4%时，玄武岩纤维对沥青混凝土的抗压强度的提高效果比聚丙烯纤维要低。但掺量在5%时，玄武岩纤维对沥青混凝土的抗压强度的提高效果要高于聚丙烯纤维。这是因为两种纤维的长度和表面积等不同，表面积过大时，少量的掺入便能够有效的密实沥青混凝土；另一方面，纤维的不同活性状态也是影响沥青混凝土抗压强度的重要因素。

图2 两种纤维对沥青混凝土抗压强度的影响Fig.2 The effect of two kinds of fibers on the compressive strength of asphalt concrete

进一步分析得出，当纤维含量为0，会形成自由沥青，由于其具有流动性从而会导致混凝土内部的抗压强度降低；而当纤维含量增加即沥青含量减少，使得自由沥青减少，从而提高了混凝土的强度；但随着沥青含量的进一步减少即纤维含量逐渐增加，会导致混凝土矿料表明缺少沥青包裹，导致粘结力下降，进而使强度降低。

2.3 冻融循环实验

不同纤维掺量下透水混凝土50次冻融循环后的抗压强度如图3所示。从图3中可以看出，随着纤维掺量的增加冻融循环50次后沥青混凝土的抗压强度先增加而后逐渐降低。从图3中可以看出，聚丙烯纤维的最佳掺量在3%，而玄武岩纤维的最佳掺量为2%；在掺量在0～2%时，玄武岩纤维对沥青混凝土的抗压强度的提高效果明显高于聚丙烯纤维；当掺量在2%～4%时，玄武岩纤维对沥青混凝土的抗压强度的提高效果比聚丙烯纤维要低。但掺量在5%时，玄武岩纤维对沥青混凝土的抗压强度的提高效果要高于聚丙烯纤维。这是因为两种纤维的长度和表面积等不同，表面积过大时，少量的掺入便能够有效的密实沥青混凝土；另一方面，纤维的不同活性状态也是影响沥青混凝土抗压强度的重要因素。