聚丙烯纖維對機制砂混凝土拌和性能、抗?jié)B性能影響及配合比優(yōu)化

機制砂的發(fā)展，不僅減少了天然砂的開采，又解決了礦石尾料、礦渣和建筑廢料的處理問題。通過調(diào)整機制砂與天然砂的摻和比例，研究機制砂混凝土拌和、抗壓強度及抗?jié)B等性能的影響規(guī)律，進而對全部使用機制砂后通過摻入不同尺寸的聚丙烯纖維，對拌和性能、抗?jié)B性能及荷載作用下的機制砂混凝土滲透性能進行研究。1?試驗方案1.1?試驗用原材料水泥采用普通硅酸鹽水泥（P·O?42.5）；細骨料為機制砂和天砂，平均細度模數(shù)分別為3.13,2.51，含泥量分別為2.8%,0.6%，機制砂石粉含量13.4%；石子為5~25?mm連續(xù)級配；粉煤灰為F類Ⅰ級粉煤灰；減水劑為SP–800聚羧酸高效減水劑；聚丙烯纖維為高強度聚丙烯。以上所用原材料均符合相關規(guī)范的要求標準。1.2?配合比設計混凝土配合比抗壓強度等級為C?30、水膠比為0.42、砂率為42?%、纖維摻量0.9?kg/m3。試驗設置了25?%的機制砂替換梯度替換天然砂，未摻機制砂為基準組，配合比見表1。表1?混凝土配合比1.3?試驗方法（1）主要設備儀器。HP?4.0–4型程控抗?jié)B儀、TYE–2000B型壓力試驗機、混凝土貫入阻力儀、QuantaFEG?250場發(fā)射掃描電子顯微鏡、MSBC–12離子濺射儀等。（2）凝結(jié)時間試驗。參照SL352—2006《水工混凝土試驗規(guī)程》。（3）混凝土相對滲透性試驗。試件到達試驗齡期7?d、28?d時，將抗?jié)B儀水壓力分別一次加到1.5?MPa、1.8?MPa，在此壓力下恒定24?h，然后降壓，從試模中取出試件，在各等分點處量出滲水高度。（4）卸載毛細吸水試驗。試件到達試驗齡期28?d時，記錄破壞荷載。取抗壓強度的40?%、60?%、80?%恒壓10?min后卸載，烘干24?h后，將試件冷卻、石蠟包裹四周，保證單軸吸水，分別記錄試塊30?min，1?h、2?h、4?h、6?h、9?h直至最終接近吸水飽和的質(zhì)量。（5）服役毛細吸水試驗。試件到達試驗齡期28?d時，取抗壓強度的40?%、60?%、80?%，在水中恒壓30?min、60?min，分別記錄試塊的吸水質(zhì)量。2?試驗結(jié)果與分析2.1?混凝土拌和性能對拌和物的坍落度、泌水率、凝結(jié)時間以及表觀密度進行測試。由結(jié)果可知：8號坍落度較5號機制砂混凝土基準組降幅最高，約18.33?%，9號降幅最低，約9.57?%。同體積聚丙烯纖維摻量下單摻纖維，隨著纖維長度的增大，混凝土坍落度值逐漸降低。兩種不同長度的纖維混摻中，混摻12mm+19mm效果最好。隨著機制砂摻量的逐漸增大，混凝土泌水率也逐步遞增，全部使用機制砂后，泌水率可達7.8?%左右，摻入聚丙烯纖維后，泌水率降低較為明顯。隨著機制砂摻量的增加，初凝時間、終凝時間均縮短。摻入聚丙烯纖維后，無論是單摻還是混摻纖維，混凝土的初凝和終凝時間均無明顯的規(guī)律性變化。聚丙烯纖維形成三維亂向網(wǎng)絡，削弱骨料下沉，降低混凝土坍落度。不同長度纖維混摻形成復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，降低拌合物的流動性，使混凝土坍落度降低更為明顯。同時，纖維表面會吸附一定量的水分，泌水率在一定程度上有所降低。2.2?混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度為研究混凝土的抗壓和劈裂抗拉強度指標，采用TYE–2000?B型壓力試驗機、RFP–0.3型智能測力儀對混凝土試件進行試驗。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可知：12號混凝土7?d抗壓強度、劈裂抗拉強度提升幅度最大，分別為18.02?%，15.88?%；9號混凝土抗壓強度提高5.65?%，10號劈裂抗拉強度提高約12.34?%；單摻聚丙烯纖維的機制砂混凝土中，6、7號提高較大，分別為13.78?%，10.25?%，7號劈裂抗拉強度提高最大，約5.93?%。28?d的12號抗壓強度、劈裂抗拉強度較基準組提高最大約11.97%、16.97%；10號抗壓強度提高約11.27%；9、10號劈裂抗拉強度較高，分別提高約13.03%、12.74%；7號抗壓強度、劈裂抗拉強度是單摻中提高最大的一組，分別約為10.56?%、6.30?%。56d的10號抗壓強度、劈裂抗拉強度提高最大，分別約12.33%、12.33%；12號劈裂抗拉強度和抗壓強度分別提高10.13%；7號抗壓強度是單摻中提高最大的一組，約為10.13%。2.3?混凝土抗?jié)B性能根據(jù)規(guī)范要求將每組所測得6個數(shù)據(jù)取平均值后作為該試驗組的滲透高度，根據(jù)試驗結(jié)果可知：機制砂替換天然砂后，7d、28d的滲透高度有所降低，分別從49.4mm、34.7mm降至38.5mm、24.0mm，說明機制砂對混凝土的抗?jié)B性能具有一定的提高作用。在全部使用機制砂后摻入不同尺寸的聚丙烯纖維，抗?jié)B性能均有提高，7d的8號、10號、12號滲透高度降低最為顯著，滲透高度分別約為30.0mm、30.2mm、24.0mm，其中12號效果最好，抗?jié)B性能提升約37.7%。28?d的7號,9號,12號滲透高度分別為18.0mm、16.5mm、16.0mm，12號效果最好，抗?jié)B性能提升約33.3?%。較單摻聚丙烯纖維混凝土，摻入（6+12）mm、（6+19）mm、（6+12+19）mm聚丙烯纖維對混凝土抗?jié)B性能提升更為明顯。機制砂含有一定量的石粉，使過渡層的結(jié)構(gòu)得到有效改善，并使混凝土內(nèi)部更為密實。聚丙烯纖維在水泥漿體中均勻分布，細化內(nèi)部基體，降低混凝土中孔徑較大的有害孔隙數(shù)量，增強混凝土結(jié)構(gòu)的密實度。長度不同的纖維協(xié)同橋接作用使效果明顯，對機制砂混凝土抗?jié)B性能起到重要作用。2.4?卸載后毛細吸水試驗對28d機制砂混凝土采用壓力試驗機以單軸加載方式，分別施加40%、60%、80%的荷載。由試驗結(jié)果可知：無荷載狀態(tài)下，各組毛細吸水量基本一致；卸荷狀態(tài)下的毛細吸水起初較快，隨著時間的增加，曲線增長逐漸緩慢，吸水接近飽和。40%抗壓強度下卸載后的吸水質(zhì)量，6號、10號、12號毛細吸水量較低，8號毛細吸水量最大，5號次之。60?%抗壓強度下卸載后的吸水質(zhì)量，7號、10號、12號毛細吸水量較低，5號毛細吸水量最大。80%抗壓強度下卸載后的吸水質(zhì)量與60?%抗壓強度下吸水質(zhì)量的規(guī)律基本一致。綜合上述數(shù)據(jù)可得知：隨著壓力值越大，初始毛細吸水越多，相較于毛細吸水時間的增加，壓力值對毛細吸水影響更大。在40%、60%、80%抗壓強度下，摻入6mm+12mm+19mm聚丙烯纖維的毛細吸水質(zhì)量始終保持最低，摻入6mm+19mm+12mm聚丙烯纖維的毛細吸水質(zhì)量均較小。混摻不同長度的聚丙烯纖維可以有效改善混凝土基體結(jié)構(gòu)，增強混凝土韌性，在承受較大荷載時，有效抑制裂縫的發(fā)展，并阻礙裂縫的相互貫通。2.5?服役下的毛細吸水試驗根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可知：在40?%抗壓強度下，7號為單摻中毛細吸水量最小的一組，30min，1h的毛細吸水相對于未摻纖維的基準組，分別降低約12.5%，19%；9號30?min，1h毛細吸水量相較于基準組5號分別降低約20%、31.6%；混摻（6+12+19）mm效果等同于（6+12）mm。在60?%抗壓強度下，7號為單摻中毛細吸水量最小的一組，30min、1h毛細吸水相對于未摻纖維的基準組，分別降低約22.2%、19.2%；9號30min，1h毛細吸水量相較于基準組5號分別降低約22.2%、24%；12號為所有試件中毛細吸水最小的一組，30min、1h毛細吸水量相較于基準組降低約22.7?%、29.2?%。在80?%抗壓強度下，7號、10號、12號為所有試件中毛細吸水較小的三組，30min毛細吸水量相較于基準組分別降低約16.7%、27.2%、55.6%。綜合上述數(shù)據(jù)可得知：機制砂混凝土持載狀態(tài)下毛細吸水質(zhì)量隨荷載和服役時間的增加而變大，40%、60%抗壓強度下，基本未因破壞而產(chǎn)生裂縫，毛細吸水質(zhì)量變化相對較小，80%抗壓強度下，毛細吸水質(zhì)量明顯增大，說明在80?%抗壓強度下，產(chǎn)生的微裂縫對吸水性能影響較大。摻入12mm、6mm+12mm、6mm+12mm+19mm聚丙烯纖維為所有試件組中服役狀態(tài)下毛細吸水質(zhì)量較小的三組。卸載后，產(chǎn)生的裂縫會有一定程度上閉合，相較于卸載后的毛細吸水，服役狀態(tài)更貼近工程實際。3?結(jié)束語隨著機制砂摻量的增加，混凝土拌合物坍落度逐漸降低、泌水率增加，全部使用機制砂后，摻入不同長度聚丙烯纖維，可有效降低拌合物的流動性和泌水率。與天然砂相比，機制砂混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度均有所提高；混摻0.9?kg/m3、6mm+12mm+19m