2.1　试验原材料与配合比

2.1.1　试验原材料

玄武岩纤维水工混凝土基本物理力学性能试验的原材料有水泥(钱潮牌P32.5普通硅酸盐水泥和建德红狮P42.5普通硅酸盐水泥)、粗骨料(最大粒径为40mm的碎石)、细骨料(细度模数为2.20的中细河砂以及细度模数为2.50、2.80和2.94的中粗河砂);拌和水和养护水为当地自来水。试验用水泥等原材料均检验合格。

玄武岩纤维为某玄武岩纤维有限公司生产的无捻粗纱纤维短切加工而成,无捻粗纱纤维的基本物理性能如第1章所述。碳纤维为PAN基碳纤维,其密度为1.76g/cm3,弹性模量200GPa,抗拉强度为3.6GPa,直径7μm,断裂伸长率为1.5%,含碳量为93%～95%,购自南京某复合材料有限公司。Ⅱ级粉煤灰(在本章中,除注明之外均系兰溪产Ⅱ级),细度为23.3%,活性指数为78.6%。硅粉为遵义某厂生产,其平均粒径在0.15～0.20μm,比表面积16.7m2/g。外加剂为萘系高效减水剂(NS)。

2.1.2　试验混凝土配合比

为通过试验寻找玄武岩纤维普通水工混凝土的增强效果的主要影响因素,共研究了5种水胶比(包括素混凝土和掺加硅粉、碳纤维及粉煤灰的混凝土)、多种体积掺量、多种短切纤维长度的混凝土增强效果,并分析比较抗压、抗拉、抗弯和弹性模量等性能的增强效果[79]。

2.1.2.1　掺加硅粉混凝土的配合比

为比较掺加硅粉混凝土与玄武岩纤维普通水工混凝土的增强效果,设计研究了5种水胶比(包括素混凝土和掺加硅粉的混凝土)、3种体积掺量、2种短切纤维长度的混凝土配合比。为减少砂率对试验结果的影响,所有掺加硅粉的试验混凝土配合比的砂率均为36%;水胶比0.40时掺入了萘系高效减水剂(NS)(减水率为20%,固含量为40%,掺入量以水泥质量的2.5%计);短切玄武岩纤维的体积掺量分别为0.1%、0.2%和0.3%;短切纤维长度分别为5mm和15mm;硅粉掺量为水泥质量的5%。

该试验的立方体抗压强度试件42组,同时成型劈裂抗拉强度试件42组。根据《水工混凝土配合比设计规程》(DL/T 5330—2005)、《水工混凝土试验规程》(SL/T 352—2006),掺玄武岩纤维与硅粉混凝土比较的试验配合比如表2.1所示。

2.1.2.2　掺加碳纤维混凝土的配合比

为研究并比较玄武岩纤维混凝土和碳纤维混凝土增强效果的主要影响,试验共设计了2种水灰比(包括素混凝土)、5种体积掺量(与水泥体积比分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%)、3种短切长度(10mm、15mm和20mm)的混凝土配合比。该试验的立方体抗压强度试件64组,共192个(同时成型抗弯强度试件)。

试验采用的混凝土配合比如表2.2所示,砂率均为32%。

2.1.2.3　掺加粉煤灰混凝土的配合比

考虑水工大体积混凝土和结构混凝土的不同要求,共设计了2种水胶比(包括素混凝土和掺加粉煤灰的混凝土)、多种体积掺量、短切纤维长度为20mm的混凝土配合比。掺加粉煤灰的试验混凝土配合比强度等级选用C30、C20二种,砂率采用36%和37%,短切玄武岩纤维的体积掺量分别为0.16%～1.28%、0.2%～1.60%;粉煤灰掺量为胶凝材料质量的15.0%。

掺加玄武岩纤维和粉煤灰水工混凝土的立方体抗压强度的试件47组,劈裂抗拉强度试件47组。根据规程[80-81],掺粉煤灰水工玄武岩纤维混凝土的试验配合比见表2.3。

2.1.3　纤维混凝土的制备

玄武岩纤维的掺入可能会改变混凝土拌和物的某些性能,玄武岩纤维混凝土的制备技术可能有别于普通混凝土。因此,需研究玄武岩纤维混凝土的制备技术及其工作性能。

纤维在混凝土或砂浆中的分散问题,一直是纤维混凝土制备的难点,短切玄武岩纤维混凝土的制备也同样存在这一问题。为此,在试验研究过程中,先后试验了多种方法尽量使纤维在混凝土中均匀分布。在初期的试验中,采用强制式搅拌机拌制混凝土,分为3次搅拌,即将短切纤维称重后在砂中人工搅拌分散后,与其他固体材料用强制式搅拌机干搅拌1次2min;后加一半需水量搅拌3min,最后加另外一半需水量搅拌2min[79],这样的拌制方法显然过于复杂,不具备生产应用的条件。

经过多次拌制试验,总结出较为简单的拌制方法。即先将粗细骨料、水泥和纤维同时投入强制式搅拌机干拌30s,然后加水湿拌90s;或先将粗细骨料、水泥和纤维同时投入搅拌机干拌60s,然后加水湿拌60s。按此方法,纤维即可充分分散在混凝土中,不致成团成结如图2.1和图2.2[79]所示。

另外,玄武岩纤维水工混凝土的坍落度测试的结果表明,玄武岩纤维掺量的增加,坍落度和扩散度呈减小的趋势。当纤维掺量增加到某一量级时,坍落度迅速下降。掺入玄武岩纤维减小了混凝土泌水率,提高了保水性,增强了黏聚性,可防止混凝土发生分层离析,对混凝土的密实性是有利的[43]。