纤维水泥基自密实补强材料流动性能试验研究

2022-08-18杨昱蔡怀森

河南水利与南水北调 2022年7期

关键词：矿粉水灰比流动性

杨昱，蔡怀森

（1.郑州市水利建筑勘测设计院，河南郑州 450006；2.黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南郑州 450003）

1自密实补强材料流动性能试验

1.1 原材料

试验所用原材料为P·O42.5 水泥、离效减水剂、矿粉、硅粉、消泡剂。

1.2 流动性能试验

1.2.1 针对强度的配合比优化

1.2.1.1 硅粉对自密实补强材料的影响

流动度随着硅粉掺量的增加而降低，1 d 强度随着硅粉掺量的增加而提高。硅粉的加入对提高早期强度有利，但会降低材料的流动性。所以，需要结合其他参数综合考虑其合适的掺量。

1.2.1.2 水灰比对自密实补强材料的影响

流动度随着水灰比的增大而增大，1 d强度随着水灰比的增大而减小。在保证1 d强度的情况下，需要加入掺和材料，此时原来能满足流动性的小水灰比已不能满足要求，需要相应增大水灰比。

1.2.1.3 矿粉对自密实补强材料的影响

试验结果表明，流动度随着矿粉掺量的增加而减小，1 d强度随着矿粉强度的增加而增大。水灰比为0.40，矿粉掺量为1%时，流动度满足要求，同时1 d 抗压强度也达到20 MPa 以上。而水灰比为0.40，矿粉掺量为1.50%时，虽然1 d抗压强度继续增大，但此时流动度明显减小。

综合考虑材料的流动度和1 d强度，确定自密实补强材料（不含纤维）的试验配合比的水胶比、胶砂比、矿粉掺量、减水剂掺量、消泡剂掺量、硅粉掺量分别为0.40、1：1.80、1.00%、2.00%、0.50%、2.00%。

2 纤维自密实补强材料流动性试验

选择长度为12 mm的PP纤维和PVA纤维进行试验。该部分试验的主要内容为流动性。试验结果见表1。

表1 纤维自密实补强材料流动性试验结果表

由试验结果可以看出，随着纤维掺量的增加材料的流动度呈明显的降低趋势。在确定的自密实补强材料（不含纤维）配合比的基础上加入纤维，PP 纤维掺量为0.30、0.50、0.70 kg/m3时，相比纤维掺量为0时，初始流动度降低幅度分别为12.90%、18.20%、30.1%。PVA 纤维掺量为0.30、0.50、0.70 kg/m3时，相比纤维掺量为0 时，初始流动度降低幅度分别为16.90%、24.80%、33.10%。PVA纤维的降低幅度要大于PP纤维。

通过变化胶砂比至1：1.50，可以使纤维掺量为0.70 kg/m3时的材料满足流动性要求。但是，如果继续增加纤维掺量，通过试验增大水灰比仍然不能是材料获得良好的流动性。若继续调整胶砂比，势必会使胶凝材料大幅增加。综合考虑，选择纤维自密实补强材料的基准配合比的水胶比、胶砂比、矿粉掺量、减水剂掺量、消泡剂掺量、硅粉掺量分别为0.40、1：1.50、1.00%、2.00%、0.50%、2.00%。纤维最大掺量选择为0.70 kg/m3。

考虑工程时效，文章分析了纤维掺量与30 min流动度的关系（见图1）。纤维掺量在0～0.70 kg/m3变动时，其和流动度有较好的线性相关性。

图1 纤维掺量和30 min流动度关系图

式（1）（2）中：Y—流动度（mm）；X—纤维掺量（kg/m3）；R—相关系数。

3 纤维在水泥基复合材料中的分散性能

3.1 纤维均匀分散性评价方法

式中：纤维完全均匀分布情况下，每一试样中所含纤维数完全一致时，ψ（x）=0，β=1；β能反映出纤维的分散情况，纤维分散不均匀趋于集中的程度越严重，则β就越偏离1。因此β一般0～1，ψ（x）越接近0，β越接近1，表示纤维分散性越好。β和ψ（x）可反映出纤维在统计意义上的分散均匀性。采用水洗法评价纤维在水泥基复合材料中的分散性。

3.2 纤维分散试验结果

选用长度为12 mm的PP纤维进行试验。投料顺序为：骨料→纤维→水泥→拌合水。骨料、纤维、水泥加入搅拌机后，先干拌一分钟，然后加入拌合水进行搅拌。试验采用上述投料顺序对拌和时间对纤维分散的影响进行了试验。搅拌1 min纤维的分散系数为869.93×10-3，效果较差；延长搅拌时间至3 min，纤维的分散系数为962.74×10-3，此时的分散效果较好。