2.4　玄武巖纖維水工混凝土的抗彎性能

2.4.1　玄武巖纖維水工混凝土抗彎性能試驗

2.4.1.1　試驗方法

短切玄武巖纖維水工混凝土抗彎性能試驗的原材料與上述試驗相同,試驗混凝土的配合比見表2.2。成型玄武巖纖維水工混凝土的抗彎試件共64組(192個),包括兩種纖維的2種水灰比、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,并與素混凝土的抗彎性能比較,以研究其增強效果。

混凝土抗彎試件每組個數、尺寸、制備與養護等與2.2.2相同。圖2.6為混凝土抗彎性能的試驗照片。

2.4.1.2　試驗結果

混凝土抗彎強度的結果處理方法按照式(2.1),試驗混凝土的抗彎強度測試結果見表2.8～表2.11。總體上,摻加纖維(包括碳纖維和玄武巖纖維)的混凝土的抗彎強度有所增加,但是并不穩定。

2.4.2　玄武巖纖維水工混凝土抗彎性能分析

2.4.2.1　與碳纖維混凝土抗彎強度的比較

以摻加15mm短切玄武巖與碳纖維混凝土的試驗結果分析,水灰比0.50時混凝土抗彎強度隨纖維摻量的變化見圖2.7[8]。

根據圖2.7,在長度15mm,水灰比為0.50時,摻加短切玄武巖纖維可使混凝土的抗彎強度增高,并在摻量為0.7%時有一個明顯的峰值點,抗彎強度達到最大值。纖維摻入后,混凝土受彎拉時,纖維會連同混凝土一起受力;當混凝土產生裂縫時,因短切玄武巖纖維的摻入,使荷載能通過裂縫處的纖維傳遞給裂縫的上下表面,直到纖維被拔出或拉斷,從而增加混凝土抗彎極限強度。混凝土基體是一種非均質材料,其內部存在大量微裂縫,當承受拉力時,截面中各質點受力極不均勻,有大量不規則的應力集中點;如果拉力再增大,這些應力集中點會首先達到極限應力狀態,導致局部塑性變形和微裂縫的產生和擴展。而纖維的摻加能夠分擔一部分截面上的拉力,并降低混凝土內部缺陷處的應力集中系數,從而提高了混凝土的極限拉伸應變和韌性,起到阻止裂縫產生和發展的作用,同時也提高了混凝土基體的變形能力[3,83]。

上述試驗條件下,當短切碳纖維摻量為0.3%時,混凝土抗彎強度達到最大。與玄武巖纖維混凝土之間的差異,應為混凝土制作及試驗時的誤差。按照纖維在混凝土中的作用分析,碳纖維與玄武巖纖維的作用相類似,試驗的誤差與混凝土本身的隨機性導致了結論的差異。

為比較兩種纖維的增強效果,以水灰比0.50,纖維長度15mm混凝土的抗彎強度達到最大值時的情況列于表2.17[8]。

上述試驗結論說明,在上述試驗條件下,當混凝土中摻加纖維含量達到最優值時,混凝土中摻加玄武巖纖維的抗彎強度增強效果明顯優于摻加短切碳纖維的混凝土。但同為水灰比0.50,相同纖維長度為10mm和20mm,玄武巖纖維混凝土抗彎強度的最大增長率小于碳纖維的,說明試驗中存在一定誤差和混凝土材料的隨機性對強度等指標的影響較大。

2.4.2.2　玄武巖纖維的長度與摻量對抗彎強度的影響

以上述表2.8～表2.11中的相同長度纖維的混凝土抗彎強度試驗結果分析,兩種纖維、兩種水灰比和3種長度的混凝土抗彎強度(5種摻量的平均值)與素混凝土的抗彎強度的比值見表2.18,表中括號中的數值為碳纖維混凝土的數值。

表2.18計算的比值說明,纖維長度對混凝土的抗彎強度影響并不大,但相對而言,15mm長的纖維對抗彎性能的增強效果較好。

如果以混凝土纖維的摻加量為變量進行分析,即將表2.8～表2.11中相同水灰比、不同長度但摻加量相同的三個抗彎強度值平均,其結果見表2.19。

表2.19中,水灰比0.60時,玄武巖纖維混凝土的抗彎強度都較低,試驗的誤差很大。考慮到隨機性與試驗誤差產生的對抗彎強度影響等,為有效地增強混凝土的抗彎強度,建議以纖維長度10～15mm,摻加量為0.3%～0.5%的體積率為宜。

2.4.2.3　抗彎極限拉伸值

按照上述試驗方法,測定的混凝土抗彎極限拉伸值列于表2.20中。其中,試件的編號和含義與表2.8～表2.11相同。

上述結論說明,摻加纖維后總體上增加了混凝土抗彎極限拉伸值,但統計的規律性并不強。