2.3　玄武巖纖維水工混凝土的劈裂抗拉性能

玄武巖纖維水工混凝土的劈裂抗拉增強性能的試驗采用的水泥、粗骨料、細骨料(砂)、拌和水與上述抗壓增強試驗的相同;硅粉、外加劑、粉煤灰、玄武巖纖維也與上述2.2節相同。

2.3.1　混凝土劈裂抗拉性能試驗

2.3.1.1　試驗方法

混凝土試件的制備與上述2.2節相同,試驗混凝土的配合比如表2.1所示。其中,短切玄武巖纖維的體積摻量分別為0.1%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%。與上述抗壓強度試驗的試件同時成型;每組3個試件,劈裂抗拉強度試件30組共90個,其尺寸均為150mm×150mm×150mm;試件成型后1d拆模,在20℃的標準養護室養護28d后測試劈裂抗拉強度,測試方法參考《水工混凝土試驗規程》(SL/T 352—2006)。

圖2.4為混凝土試件劈裂破壞試驗及破壞后的斷面照片。

混凝土劈裂抗拉強度按式(2.4)計算(準確至0.1MPa)[81]:

式中:fts為劈裂抗拉強度,MPa;P為破壞荷載,N;A為試件劈裂面面積,mm2。

以3個試件測值的平均值作為該組試件的劈裂抗拉強度試驗結果。單個測值與平均值允許差值為±15%,超過時應將該測值剔除,取余下兩個試件值的平均值作為試驗結果。如一組中可用的測值少于兩個時,該組試驗應重做。

2.3.1.2　試驗結果

按照式(2.4)計算得到的試驗混凝土的劈裂抗拉強度列于表2.14中。由于試驗材料與方法及規范的差異,本節混凝土劈裂抗拉強度的增強效果與有關文獻試驗的結論有一些差別[54],這也說明玄武巖纖維材料本身及制備的混凝土性能上還不是很穩定。

上述結果說明,摻加不同體積率的玄武巖纖維和硅粉后,纖維混凝土和硅粉混凝土的劈裂抗拉強度在總體上有所提高。

2.3.2　玄武巖纖維混凝土劈裂抗拉強度增強效果

2.3.2.1　玄武巖纖維摻量對混凝土劈裂抗拉強度的影響

以表2.14中的不同摻量(長度分別為5mm和15mm的平均值)的纖維混凝土的劈裂抗拉強度統計,并與硅粉混凝土和素混凝土的劈裂抗拉強度進行比較如表2.15所示。

上述分析結果說明,在水灰比較大時,玄武巖纖維混凝土的劈裂抗拉強度反而比素混凝土的低,其原因可能是在0.60水灰比時,纖維在流動性較大的混凝土中聚集在一起,降低了其劈裂抗拉強度。結論還表明,纖維摻量在0.1%時,纖維混凝土的劈裂抗拉強度增強幅度大于體積率為0.3%時的。如果考慮提高混凝土的劈裂抗拉強度,纖維的摻加量不宜較大。

2.3.2.2　玄武巖纖維長度對混凝土劈裂抗拉強度的影響

如果以表2.14中的相同長度、不同摻量(0.1%和0.3%)纖維混凝土的劈裂抗拉強度統計,與硅粉混凝土和素混凝土的劈裂抗拉強度的比較列于表2.16中。

表2.16的結果表明,水灰比為0.50以下時,纖維長度對混凝土抗拉強度的影響不明顯;在大水灰比時,纖維的摻加反而使混凝土的劈裂抗拉強度降低,而長纖維比短纖維影響更大。圖2.5是不同摻量、不同長度的玄武巖纖維混凝土與素混凝土劈裂抗拉強度之比(相對劈裂抗拉強度)圖。圖中,“15mm纖維”與“5mm纖維”分別表示纖維長度相同時,0.1%和0.3%兩種摻量時的均值;“0.1%纖維”與“0.3%纖維”表示摻加量相同時,5mm與15mm兩種長度時的均值。

因此,玄武巖纖維的摻量對混凝土的劈裂抗拉強度的影響比其長度要大,但較大摻量時的增強效果反而不理想,原因是其纖維在混凝土中的分散很難均勻;另外,在水灰比大的混凝土中,其增強效果也不理想。如果只是考慮增強混凝土的劈裂抗拉強度,建議采用摻量控制在0.1%～0.2%(體積比)的纖維制備混凝土。試驗結論說明,總體上,纖維長度的變化(5～20mm)對混凝土劈裂抗拉強度增強的影響不大。

2.3.2.3　摻加短切玄武巖纖維粉煤灰對混凝土劈裂抗拉強度的影響

按照表2.3的原材料和配合比進行的混凝土劈裂抗拉強度試驗表明,混凝土劈裂抗拉強度總體上隨纖維摻量增加而有所增強,但增強幅度較小。

另外,不同齡期(7d、28d、60d、90d和180d)的C30和C20混凝土劈裂抗拉強度測試結果表明,摻纖維混凝土的劈裂抗拉強度在不同齡期情況下均大于不摻纖維混凝土的劈裂抗拉強度;相同纖維摻量下,強度較低的混凝土摻纖維后劈裂抗拉強度提高較大;7d齡期摻纖維對混凝土劈裂抗拉強度的提高較顯著,隨齡期延長增強劈裂抗拉強度的影響趨于減弱;至180d齡期摻纖維的C30和C20混凝土劈裂抗拉強度仍比素粉煤灰混凝土增強3.93%和6.56%。試驗結果說明,摻玄武巖纖維對粉煤灰混凝土的早期抗拉強度是有增強作用的,即可以增強混凝土抗裂[43]。