2.1　試驗原材料與配合比

2.1.1　試驗原材料

玄武巖纖維水工混凝土基本物理力學性能試驗的原材料有水泥(錢潮牌P32.5普通硅酸鹽水泥和建德紅獅P42.5普通硅酸鹽水泥)、粗骨料(最大粒徑為40mm的碎石)、細骨料(細度模數為2.20的中細河砂以及細度模數為2.50、2.80和2.94的中粗河砂);拌和水和養護水為當地自來水。試驗用水泥等原材料均檢驗合格。

玄武巖纖維為某玄武巖纖維有限公司生產的無捻粗紗纖維短切加工而成,無捻粗紗纖維的基本物理性能如第1章所述。碳纖維為PAN基碳纖維,其密度為1.76g/cm3,彈性模量200GPa,抗拉強度為3.6GPa,直徑7μm,斷裂伸長率為1.5%,含碳量為93%～95%,購自南京某復合材料有限公司。Ⅱ級粉煤灰(在本章中,除注明之外均系蘭溪產Ⅱ級),細度為23.3%,活性指數為78.6%。硅粉為遵義某廠生產,其平均粒徑在0.15～0.20μm,比表面積16.7m2/g。外加劑為萘系高效減水劑(NS)。

2.1.2　試驗混凝土配合比

為通過試驗尋找玄武巖纖維普通水工混凝土的增強效果的主要影響因素,共研究了5種水膠比(包括素混凝土和摻加硅粉、碳纖維及粉煤灰的混凝土)、多種體積摻量、多種短切纖維長度的混凝土增強效果,并分析比較抗壓、抗拉、抗彎和彈性模量等性能的增強效果[79]。

2.1.2.1　摻加硅粉混凝土的配合比

為比較摻加硅粉混凝土與玄武巖纖維普通水工混凝土的增強效果,設計研究了5種水膠比(包括素混凝土和摻加硅粉的混凝土)、3種體積摻量、2種短切纖維長度的混凝土配合比。為減少砂率對試驗結果的影響,所有摻加硅粉的試驗混凝土配合比的砂率均為36%;水膠比0.40時摻入了萘系高效減水劑(NS)(減水率為20%,固含量為40%,摻入量以水泥質量的2.5%計);短切玄武巖纖維的體積摻量分別為0.1%、0.2%和0.3%;短切纖維長度分別為5mm和15mm;硅粉摻量為水泥質量的5%。

該試驗的立方體抗壓強度試件42組,同時成型劈裂抗拉強度試件42組。根據《水工混凝土配合比設計規程》(DL/T 5330—2005)、《水工混凝土試驗規程》(SL/T 352—2006),摻玄武巖纖維與硅粉混凝土比較的試驗配合比如表2.1所示。

2.1.2.2　摻加碳纖維混凝土的配合比

為研究并比較玄武巖纖維混凝土和碳纖維混凝土增強效果的主要影響,試驗共設計了2種水灰比(包括素混凝土)、5種體積摻量(與水泥體積比分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%)、3種短切長度(10mm、15mm和20mm)的混凝土配合比。該試驗的立方體抗壓強度試件64組,共192個(同時成型抗彎強度試件)。

試驗采用的混凝土配合比如表2.2所示,砂率均為32%。

2.1.2.3　摻加粉煤灰混凝土的配合比

考慮水工大體積混凝土和結構混凝土的不同要求,共設計了2種水膠比(包括素混凝土和摻加粉煤灰的混凝土)、多種體積摻量、短切纖維長度為20mm的混凝土配合比。摻加粉煤灰的試驗混凝土配合比強度等級選用C30、C20二種,砂率采用36%和37%,短切玄武巖纖維的體積摻量分別為0.16%～1.28%、0.2%～1.60%;粉煤灰摻量為膠凝材料質量的15.0%。

摻加玄武巖纖維和粉煤灰水工混凝土的立方體抗壓強度的試件47組,劈裂抗拉強度試件47組。根據規程[80-81],摻粉煤灰水工玄武巖纖維混凝土的試驗配合比見表2.3。

2.1.3　纖維混凝土的制備

玄武巖纖維的摻入可能會改變混凝土拌和物的某些性能,玄武巖纖維混凝土的制備技術可能有別于普通混凝土。因此,需研究玄武巖纖維混凝土的制備技術及其工作性能。

纖維在混凝土或砂漿中的分散問題,一直是纖維混凝土制備的難點,短切玄武巖纖維混凝土的制備也同樣存在這一問題。為此,在試驗研究過程中,先后試驗了多種方法盡量使纖維在混凝土中均勻分布。在初期的試驗中,采用強制式攪拌機拌制混凝土,分為3次攪拌,即將短切纖維稱重后在砂中人工攪拌分散后,與其他固體材料用強制式攪拌機干攪拌1次2min;后加一半需水量攪拌3min,最后加另外一半需水量攪拌2min[79],這樣的拌制方法顯然過于復雜,不具備生產應用的條件。

經過多次拌制試驗,總結出較為簡單的拌制方法。即先將粗細骨料、水泥和纖維同時投入強制式攪拌機干拌30s,然后加水濕拌90s;或先將粗細骨料、水泥和纖維同時投入攪拌機干拌60s,然后加水濕拌60s。按此方法,纖維即可充分分散在混凝土中,不致成團成結如圖2.1和圖2.2[79]所示。

另外,玄武巖纖維水工混凝土的坍落度測試的結果表明,玄武巖纖維摻量的增加,坍落度和擴散度呈減小的趨勢。當纖維摻量增加到某一量級時,坍落度迅速下降。摻入玄武巖纖維減小了混凝土泌水率,提高了保水性,增強了黏聚性,可防止混凝土發生分層離析,對混凝土的密實性是有利的[43]。