玄武岩纤维掺量对硅酸盐混凝土力学性能影响_符德.pdf
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1、材料科技应用2023 年 2 月第 50 卷第 2 期doi:10.3969/j.issn.1001-5922.2023.02.016Vol.50 No.02,Feb.2023收稿日期:2022-02-09;修回日期:2023-01-31作者简介:符德(1970-),男,高级工程师,研究方向:公路桥梁;E-manl:gongcheng0518163 com。引文格式:符德,符曜,郭春梅 玄武岩纤维掺量对硅酸盐混凝土力学性能影响 J 粘接,2023,50(2):65-68玄武岩纤维掺量对硅酸盐混凝土力学性能影响符德1,符曜2,郭春梅3(1 南召县农村公路管理所,河南 南召474650;2 南召县
2、交通运输局,河南 南召474650;3 南召县人社局,河南 南召474650)摘要:为研究玄武岩纤维不同体积掺量(0 0%、0 1%、0 2%、0 3%、0 4%)对于混凝土力学性能的影响,通过一系列室内试验分析了玄武岩纤维用量对于不同龄期(3、7、28 d)的混凝土抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度及早期抗裂性能的影响,试验结果表明,玄武岩纤维对于抗压强度作用效果不佳,但可以一定程度地提高混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度,并能够明显改善混凝土的早期抗裂性能,提高混凝土的密实性,改善其内部结构特征,阻止或抑制裂纹的产生和发展,其用量建议为 0 3%,为玄武岩纤维在水泥混凝土路面中的推广应用提供了理
3、论依据。关键词:道路工程;玄武岩纤维;水泥混凝土;力学性能中图分类号:TU528 44;TQ343+4文献标志码:A文章编号:1001-5922(2023)02-0065-04Influence of basalt fiber mixing on the mechanicalpr operties of cement concreteFU De1,FU Yao2,GUO Chunmei3(1 Nanzhao County Rural Road Management Office,Nanzhao 474650,Henan China;2 Nanzhao County Transportation
4、 Bureau,Nanzhao 474650,Henan China;3 Nanzhao County Human Resources and Social Security Bureau,Nanzhao 474650,Henan China)Abstract:In order to study the influence of different volumes of basalt fiber(0 0%,0 1%,0 2%,0 3%,0 4%)on the mechanical properties of concrete,The influence of the compressive s
5、trength,fracture strength and crackingstrength of different ages(3,7 and 28 d)were analyzed,The test results show that,Basalt fiber has a poor effect onthe compressive strength,However,the fracture strength and cracking tensile strength of the concrete can be im-proved to a certain extent,And can si
6、gnificantly improve the early crack resistance performance of concrete,Improvethe tightness of the concrete,Improve its internal structural characteristics,Prevent or inhibit crack production anddevelopment,Its dosage is recommended to be 0 3%,It provides a theoretical basis for the popularization a
7、nd appli-cation of basalt fiber in cement concrete pavementKey words:road engineering;basalt fiber;cement concrete;mechanical properties由于沥青路面具有行车舒适性好、建设周期短等特点,目前高等级公路及城市道路基本都采用沥青路面,但由于沥青混凝土是一种弹塑性材料,在高温天气容易产生车辙等病害,因此对于供重载车辆通行或物流运输路线的道路仍然多采用水泥混凝土路面,水泥混凝土路面具有抗压强度高、板体性好、经济耐久的优点,但由于普通水泥混凝土作为一种刚性材料,具有脆性大
8、、抗拉强度低和易产生裂缝的缺陷 1-5。大量研究表明,玄武岩纤维在改善水泥混凝土抗拉强度和延缓开裂方面具有很好的效果 6-7。56材料科技应用玄武岩纤维是利用玄武岩石料经过 1 400 以上高温熔融并拉丝而成的无机环保材料,它具有化学性能稳定、耐受高温和力学性能好的特点。有学者研究了玄武岩纤维在改善混凝土密实性和提高混凝土抗裂性能方面具有良好的效果8;通过分析玄武岩纤维对于混凝土抗压强度、抗压强度的影响,并建立了玄武岩纤维用量与混凝土力学性能的关系式9;通过室内试验研究了玄武岩纤维不同长度和不同掺量对于抗压强度、抗拉强度和抗冻性的影响,并采用核磁共振和扫描电镜微观手段分析了玄武岩纤维在混凝土中
9、的作用机理10。为进一步确定玄武岩纤维的最优掺量,为工程实践提供理论支撑,本文以不同掺量的玄武岩纤维对于水泥混凝土各方面力学性能的影响为出发点,进一步研究确定玄武岩纤维的最优用量。1原材料与配合比1 1原材料性能水泥作为混凝土的主要结合料,其性质直接影响着水泥混凝土的强度,试验用水泥选择安徽海螺牌 42 5R 普通硅酸盐水泥,其主要指标性质见表 1。纤维材料选用浙江某纤维科技有限公司生产的直径为 13 m、长度为 6 mm 的玄武岩纤维(简称 BF),其密度为 2 63 g/cm3,断裂伸长率为 3 2%,弹性模量为 90 110 GPa。根据文献 11 文献 13 的研究,水泥混凝土中掺入粉
10、煤灰可节省水泥用量,降低细骨料比例,一定程度地改善混凝土的和易性,并能降低水化热,选择江西某电力公司提供的 II 级粉煤灰,粉煤灰活性指数为 83 6%,细度为 15 3%,需水量比为101 6%,烧失量为 4 2%。粗骨料选择粒径为5 20 mm的天然碎石,细骨料选择细度模数为2 7的洁净河沙。减水剂采用聚羧酸盐高性能减水剂,其用量占胶凝材料的 1%。表 142 5R 普通硅酸盐水泥指标性质Tab 1Index properties of 42 5R ordinary silicate cement标准稠度用水量%初凝时间min终凝时间min抗压强度/MPa抗折强度/MPa3 d28 d3
11、d28 d456002242 54 06 525 66533627 649 26 08 01 2配合比设计设计混凝土强度等级为 C30,实验室基准配合比采用每立方米混凝土所需原料进行设计,其水胶比为040,砂率为032,具体原料用量见表 2。玄武岩纤维是在基准配合比的基础上采用外掺方式加入到混凝土中,其体积掺量分别为01%、02%、03%和04%。表 2混凝土实验室基准配合比Tab 2Concrete lab reference mix ratiokg/m3水泥水砂碎石粉煤灰减水剂460218 90533 361 133 3991 25 21 3试件制备按实验室基准配合比称取原材料,将碎石、砂
12、和水泥、粉煤灰分别加入搅拌锅拌和 60 s 并在干拌过程中逐渐加入玄武岩纤维,使纤维均匀分散在混合料中;然后加入称量好的洁净自来水和减水剂再次搅拌 180 s,将拌和好的混凝土加入表面涂有脱模剂的干净模具中,固定好模具后放于振动台上振捣至混凝土体积稳定后,采用刀片将试件表面抹平后将试件置于标准养生室内养护 24 h 后方可拆模,拆模后继续在标准养生室养护至规定龄期即可开始试验。2力学性能混凝土路面在铺筑后其强度增长和硬化速率会受到外界温度及湿度环境的影响,在外界环境的作用下会发生体积収缩并产生裂纹,外界侵蚀性物质会顺着早期裂纹进入混凝土结构内,使裂缝进一步扩展,从而影响混凝土结构的强度和耐久性
13、14。为提高混凝土路面的使用耐久性,需要保证混凝土具有足够的力学强度和抗裂性能。本文分别从抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和早期开裂性能方面对掺玄武岩纤维的混凝土进行试验研究。2 1抗压强度室内成型不同体积掺量0%、01%、02%、03%和04%的规格均为 100 mm 100 mm 100 mm试件,采用 WHY 3000 全自动压力试验机分别测试其养护3、7 和28 d 的混凝土试件抗压强度,并将试验结果乘尺寸换算系数095,其结果如图1 所示。图 1玄武岩纤维掺量对不同龄期混凝土抗压强度的影响Fig 1Effect of basalt fiber mixing on the compre
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