2.5 玄武岩纤维水工混凝土的弹性模量
弹性模量是混凝土的重要力学性能。因此,在进行上述纤维混凝土的抗压强度增强效果试验研究的同时,还进行了纤维混凝土的弯曲弹性模量和抗压弹性模量的比较试验。
2.5.1 玄武岩纤维水工混凝土的弯曲弹性模量
2.5.1.1 试验原材料与混凝土配合比
玄武岩纤维水工混凝土的弯曲弹性模量的试验,其混凝土的原材料与本章中2.1节相同。试验混凝土的配合比见表2.2。
2.5.1.2 试验方法与试验结果的处理
玄武岩纤维水工混凝土的弯曲弹性模量的增强效果试验的试件,同上述抗弯试验,为64组(192个),并与素混凝土的抗弯性能比较,以研究其增强效果。混凝土弯曲弹性模量试件每组3个,其尺寸仍然为100mm×100mm×400mm[81]。纤维混凝土的制备、成型、养护条件等同上述抗压强度和抗弯混凝土,至养护28d后进行抗弯性能测试。
试验混凝土的抗弯弹性模量按式(2.2)计算[81],抗弯弹性模量取应力0～0.5ft破坏应力的割线弹性模量。试验结果见表2.8～表2.11。
2.5.1.3 与碳纤维混凝土的抗弯弹性模量比较
以掺加10mm短切纤维、水灰比为0.60的混凝土试件为例,分析不同的纤维对混凝土抗弯弹性模量的影响。10mm短切纤维,水灰比0.60时的抗弯弹性模量见图2.8。
图2.8 两种纤维混凝土的抗弯弹性模量随掺量变化图(水灰比0.60,纤维长度10mm)
根据上述结论可知,掺加短切玄武岩纤维和短切碳纤维都可增加混凝土的抗弯弹性模量。在上述条件下,玄武岩纤维掺量是在0.5%时使混凝土的抗弯弹模达到最大值,碳纤维掺量在0.3%达到最大值。水灰比0.60、纤维长度10mm时,两种纤维的增强效果最大值时的抗弯弹性模量见表2.21。
表2.21 纤维混凝土的抗弯弹性模量增强效果分析(水灰比0.60,纤维长度10mm)
上述结果表明,混凝土在掺加短切碳纤维后,抗弯弹模可增强9.40%,而掺加短切玄武岩纤维能增强度也达到4.31%,碳纤维的掺入对混凝土抗弯弹模的影响大于玄武岩纤维在水灰比均为0.60,相同纤维长度为15mm和20mm,碳纤维对混凝土抗弯弹性模量最大增长率的影响都高于玄武岩纤维。
2.5.1.4 纤维长度与掺量的影响
以相同长度、不同掺量得到的抗弯弹性模量为统计对象,可得到相同长度时纤维混凝土的平均抗弯弹性模量值(5种不同掺量的平均值)。统计的结果表明,纤维长度对混凝土抗弯弹性模量的影响不大。
总体上,按照上述试验结论,为有效地提高混凝土的弹性模量,建议以长度15～20mm、掺量0.3%的纤维均匀地掺入其中。
2.5.2 玄武岩纤维水工混凝土的静力抗压弹性模量
2.5.2.1 试验原材料与混凝土配合比
玄武岩纤维水工混凝土的原材料与配合比,与本章2.1节相同。
2.5.2.2 试验方法与结果处理
用于测定混凝土棱柱体的静力抗压弹性模量的设备为压力试验机,试模规格为150mm×150mm×300mm的棱柱体,试件的预计破坏荷载宜在试验机全量程的20%～80%[81]。混凝土的水灰比为0.45和0.60两种,每个试件的配合比与抗压试验的相同(见表2.1)。其中,玄武岩纤维长度为10mm和5mm两个规格,掺加量分别为0.1%和0.5%的体积比。每组(规格)为3个,标准养护28d后测试。
按照《水工混凝土试验规程》(SL/T 352—2006)测试混凝土的静力抗压弹性模量的试验如图2.9所示。
静力抗压弹性模量按式(2.5)计算(准确至100MPa)[81]:
图2.9 纤维混凝土的静力弹性模量试验
式中,Ec为抗弯弹性模量,MPa;P1是应力为0.5MPa时的荷载,N;P2为40%的极限破坏荷载,N;ΔL为应力从0.5MPa增加到40%破坏应力时的试件变形值,mm;L为测量变形的标距,mm;A为试件承压面积,mm2。
试验结果按照规程的取舍方法,即如果混凝土的抗压强度值与轴心抗压强度相差超过后者的20%时,则该静力抗压弹性模量值剔除,取余下两个平均值为试验结果;如一组中少于两个时,则该组试验应重做[81]。
2.5.2.3 静力抗压弹性模量分析
两种水灰比及不同掺量的玄武岩纤维混凝土与对比组(素混凝土)的静力抗压弹性模量的试验结果见表2.22。
表2.22 玄武岩纤维混凝土的静力抗压弹性模量的试验结果 单位:MPa
上述结果表明,掺加玄武岩纤维后,混凝土的静力抗压弹性模量是有所降低,但影响不大。