2.3　玄武岩纤维水工混凝土的劈裂抗拉性能

玄武岩纤维水工混凝土的劈裂抗拉增强性能的试验采用的水泥、粗骨料、细骨料(砂)、拌和水与上述抗压增强试验的相同;硅粉、外加剂、粉煤灰、玄武岩纤维也与上述2.2节相同。

2.3.1　混凝土劈裂抗拉性能试验

2.3.1.1　试验方法

混凝土试件的制备与上述2.2节相同,试验混凝土的配合比如表2.1所示。其中,短切玄武岩纤维的体积掺量分别为0.1%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%。与上述抗压强度试验的试件同时成型;每组3个试件,劈裂抗拉强度试件30组共90个,其尺寸均为150mm×150mm×150mm;试件成型后1d拆模,在20℃的标准养护室养护28d后测试劈裂抗拉强度,测试方法参考《水工混凝土试验规程》(SL/T 352—2006)。

图2.4为混凝土试件劈裂破坏试验及破坏后的断面照片。

混凝土劈裂抗拉强度按式(2.4)计算(准确至0.1MPa)[81]:

式中:fts为劈裂抗拉强度,MPa;P为破坏荷载,N;A为试件劈裂面面积,mm2。

以3个试件测值的平均值作为该组试件的劈裂抗拉强度试验结果。单个测值与平均值允许差值为±15%,超过时应将该测值剔除,取余下两个试件值的平均值作为试验结果。如一组中可用的测值少于两个时,该组试验应重做。

2.3.1.2　试验结果

按照式(2.4)计算得到的试验混凝土的劈裂抗拉强度列于表2.14中。由于试验材料与方法及规范的差异,本节混凝土劈裂抗拉强度的增强效果与有关文献试验的结论有一些差别[54],这也说明玄武岩纤维材料本身及制备的混凝土性能上还不是很稳定。

上述结果说明,掺加不同体积率的玄武岩纤维和硅粉后,纤维混凝土和硅粉混凝土的劈裂抗拉强度在总体上有所提高。

2.3.2　玄武岩纤维混凝土劈裂抗拉强度增强效果

2.3.2.1　玄武岩纤维掺量对混凝土劈裂抗拉强度的影响

以表2.14中的不同掺量(长度分别为5mm和15mm的平均值)的纤维混凝土的劈裂抗拉强度统计,并与硅粉混凝土和素混凝土的劈裂抗拉强度进行比较如表2.15所示。

上述分析结果说明,在水灰比较大时,玄武岩纤维混凝土的劈裂抗拉强度反而比素混凝土的低,其原因可能是在0.60水灰比时,纤维在流动性较大的混凝土中聚集在一起,降低了其劈裂抗拉强度。结论还表明,纤维掺量在0.1%时,纤维混凝土的劈裂抗拉强度增强幅度大于体积率为0.3%时的。如果考虑提高混凝土的劈裂抗拉强度,纤维的掺加量不宜较大。

2.3.2.2　玄武岩纤维长度对混凝土劈裂抗拉强度的影响

如果以表2.14中的相同长度、不同掺量(0.1%和0.3%)纤维混凝土的劈裂抗拉强度统计,与硅粉混凝土和素混凝土的劈裂抗拉强度的比较列于表2.16中。

表2.16的结果表明,水灰比为0.50以下时,纤维长度对混凝土抗拉强度的影响不明显;在大水灰比时,纤维的掺加反而使混凝土的劈裂抗拉强度降低,而长纤维比短纤维影响更大。图2.5是不同掺量、不同长度的玄武岩纤维混凝土与素混凝土劈裂抗拉强度之比(相对劈裂抗拉强度)图。图中,“15mm纤维”与“5mm纤维”分别表示纤维长度相同时,0.1%和0.3%两种掺量时的均值;“0.1%纤维”与“0.3%纤维”表示掺加量相同时,5mm与15mm两种长度时的均值。

因此,玄武岩纤维的掺量对混凝土的劈裂抗拉强度的影响比其长度要大,但较大掺量时的增强效果反而不理想,原因是其纤维在混凝土中的分散很难均匀;另外,在水灰比大的混凝土中,其增强效果也不理想。如果只是考虑增强混凝土的劈裂抗拉强度,建议采用掺量控制在0.1%～0.2%(体积比)的纤维制备混凝土。试验结论说明,总体上,纤维长度的变化(5～20mm)对混凝土劈裂抗拉强度增强的影响不大。

2.3.2.3　掺加短切玄武岩纤维粉煤灰对混凝土劈裂抗拉强度的影响

按照表2.3的原材料和配合比进行的混凝土劈裂抗拉强度试验表明,混凝土劈裂抗拉强度总体上随纤维掺量增加而有所增强,但增强幅度较小。

另外,不同龄期(7d、28d、60d、90d和180d)的C30和C20混凝土劈裂抗拉强度测试结果表明,掺纤维混凝土的劈裂抗拉强度在不同龄期情况下均大于不掺纤维混凝土的劈裂抗拉强度;相同纤维掺量下,强度较低的混凝土掺纤维后劈裂抗拉强度提高较大;7d龄期掺纤维对混凝土劈裂抗拉强度的提高较显著,随龄期延长增强劈裂抗拉强度的影响趋于减弱;至180d龄期掺纤维的C30和C20混凝土劈裂抗拉强度仍比素粉煤灰混凝土增强3.93%和6.56%。试验结果说明,掺玄武岩纤维对粉煤灰混凝土的早期抗拉强度是有增强作用的,即可以增强混凝土抗裂[43]。