耐碱玻璃纤维在高性能混凝土中的增强效应研究

2023-11-22王丰年王天天

珠江水运 2023年21期

◎ 王丰年王天天

1.德达交通建设发展集团有限公司；2.德州职业技术学院

与传统的混凝土相比，高性能混凝土的工作性能、高强度和耐久性优良，不仅技术上拥有优势，而且具有节能减排、经济环保等显著效益[1]。然而，高性能混凝土的脆性会随着高性能强度的提高而增加，往往出现无征兆的破坏，这一弊端使其仍然不能成为理想的混凝土材料[2-3]。对于复杂的中型混凝土结构或者大型混凝土结构而言，上述弊端无疑增加了不稳定因素，阻碍了高性能混凝土的推广使用。因其具有耐碱、抗腐蚀、抗冲击、抗拉抗弯、抗冻抗裂和可设计性较强等优点，耐碱玻璃纤维可以替代传统石棉和钢材，作为增强混凝土性能的肋筋材料[4-6]。依靠自身的材料特性，耐碱玻璃纤维有效改善了高性能混凝土的性能，应用日益广泛[7-9]。

为了研究不同耐碱玻璃纤维掺入量对高性能混凝土的性能的影响，本文通过对100多组不同耐碱玻璃纤维掺入量的高性能混凝土进行历时200多天的9d、28d、60d、90d、200d五种不同龄期的无侧限抗压强度试验、劈裂抗拉试验以及抗折试验，对其在抗压强度、抗拉强度、抗折强度三个方面的增强效应进行了对比性分析研究，为耐碱性玻璃纤维在高性能混凝土中的推广与应用奠定坚实的基础。

1.试验方案

1.1 试验原材料

1）水泥：42.5级普通硅酸盐水泥；

2）粉煤灰：I级粉煤灰；

3）矿粉：S95级矿粉；

4）细骨料：泰安市地区的汶河中砂，细度模数2.4；

5）粗集料：泰安市地区的5～25 mm碎石；

6）水：泰山市地区的饮用井水；

7）萘系高效减水剂：减水率20%—25%，掺量2.5%；

8）耐碱玻璃纤维：采用泰山玻璃纤维有限公司生产的长度为12mm耐碱性短切玻璃纤维，其主要的物理参数如表1所示。

表1 耐碱性短切玻璃纤维的主要物理参数

1.2 养护条件

1）标准养护：拆模后的高性能混凝土试件在温度20±2°，相对湿度95%以上条件下养护直到测试龄期。

2）热养护（加速老化）：试件在标准养护3d后，放入加热养护箱（水养），以10°C/h升温到60°C，保持60°C的恒温直到测试龄期。

1.3 试验条件

根据耐碱性玻璃纤维掺入顺序的不同，分为先掺法、后掺法以及水掺法，本文采用先掺法，其成型工艺流程图如图1所示。

2.试验结果与分析

2.1 无侧限抗压试验结果分析

无侧限抗压试验分别采用耐碱玻璃纤维掺量为0.0（A）、1.0（B）、1.5（C）、2.0（D）四种编号混凝土试件，在标准养护（9d、28d、60d、90d、200d龄期）和热养护（1d、5d、10d、20d、25d龄期）条件下进行抗压强度标准试验，所测得抗压强度变化曲线如图2所示。

图2 两种养护条件下不同耐碱性玻璃纤维掺入量的混凝土抗压强度随龄期的变化曲线

可见，标准养护与热养护条件下，相比不掺入耐碱玻璃纤维，掺入耐碱玻璃纤维之后，混凝土的9d、28d、60d、90d、200d抗压强度无明显提高，说明掺入耐碱玻璃纤维对于高性能混凝土抗压强度增强作用不明显，这是因为试件受到压力作用时，抵抗压力作用的大小主要取决于骨料的强度，耐碱玻璃纤维对抗压强度的贡献较少。

2.2 抗拉强度试验结果分析

抗拉试验同样采用耐碱玻璃纤维掺量为0.0（A）、1.0（B）、1.5（C）、2.0（D）四种编号混凝土试件，在标准养护（9d、28d、60d、90d、200d龄期）和热养护（1d、5d、10d、20d、25d龄期）条件下进行抗拉强度标准试验，所测得抗拉强度变化曲线如图3所示。

由图3（a）可见，标准养护条件下，相比不掺入耐碱玻璃纤维，掺入耐碱玻璃纤维之后，混凝土的9d、28d、60d、90d、200d龄期的抗拉强度均有不同幅度的提高，其中1.5（C）组别的混凝土在各个龄期内抗拉强度值最大，说明掺入耐碱玻璃纤维可提高高性能混凝土的抗拉强度，这是因为标准养护条件下混凝土在承受抗拉强度时，高性能混凝土与耐碱玻璃纤维共同承受拉力作用，并且随着龄期的增加，耐碱玻璃纤维增强越明显，当高性能混凝土退出工作后，耐碱玻璃纤维仍能承受一定拉力，提高了混凝土的抗拉强度。

由图3（b）可见，热养护条件下在10d龄期之前，耐碱性玻璃纤维高性能混凝土的抗拉强度随着龄期的增加而提高，热养护10d时混凝土强度达到最大值，这说明热养护早期提高了水泥的水化速度，提高了混凝土的早期强度，随着龄期的增加，耐碱玻璃纤维增加效果越明显。10d龄期之后混凝土的抗拉强度开始降低，这是因为虽然热养护条件下掺入耐碱玻璃纤维提高了水泥石基体的致密性，掺入的耐碱玻璃纤维超过一定量后，减小了骨料与水泥石基体界面区的接触面积，降低了界面区的强度，加之水泥水化作用产生了大量碱性物质，仍对耐碱玻璃纤维产生腐蚀作用，因此，混凝土的抗拉强度降低。

2.3 静载抗折试验结果分析

静载抗折试验同样采用耐碱玻璃纤维掺量为0.0（A）、1.0（B）、1.5（C）、2.0（D）四种编号混凝土试件，在标准养护（9d、28d、60d、90d、200d龄期）和热养护（1d、5d、10d、20d、25d龄期）条件下进行抗折强度标准试验，所测得抗折强度变化曲线如图4所示。

图4 两种养护条件下不同耐碱性玻璃纤维掺入量的混凝土抗折强度随龄期的变化曲线

可见，相比不掺入耐碱玻璃纤维，掺入耐碱玻璃纤维之后，标准养护早期，混凝土抗折强度增幅较大，随着养护龄期的增长，各组别混凝土试件的抗折强度增幅开始减小，其中1.5（C）组别的混凝土抗折强度在28d龄期之后始终保持最大值。这是因为耐碱玻璃纤维掺量较少时，耐碱玻璃纤维与水泥石集体之间难以起到提高粘结性作用，影响抗折强度的提高；耐碱玻璃纤维掺量超过一定量后，耐碱玻璃纤维在水泥石基体中的平均间距逐渐缩小，缩小到一定程度后，耐碱玻璃纤维之间出现搭接、交叉、缠绕、重叠现象，导致耐碱玻璃纤维与水泥石接触面积减小，粘结性降低，影响抗折强度的提高。

热养护条件下的抗折强度变化趋势与热养护条件下的抗拉强度变化趋势相似。经过分析可知，造成这种强度变化趋势的原因相同，在此不再赘述。