聚丙烯纤维对自密实再生混凝土抗渗性能的影响*

姜 健，朱 巍

(1.浙江建设职业技术学院，浙江杭州311231;2.浙江水利水电学院，浙江 杭州310018)

自我强化混凝土，也称之为自密实混凝土，其拌合物具有较高流动性，较好均质性，能密实地填充模板，不需附加震动;其硬化后具有较好的强度、较小的收缩、良好的耐久性。由于自密实再生混凝土具有能保证混凝土良好地密实;不需振捣，可大幅提高施工效率;可提高施工环境和施工安全性能改善混凝土表面质量，减少蜂窝、麻面等问题的出现;有较好的抗渗性能，可减少防水造价成本等优点，因此，目前被广泛应用于工程建设中。尤其在隧道、桥梁等工程中，对于混凝土防水处理要求较高，隧道的渗漏水会对隧道衬砌及内部各种附属设施如通风、照明等设备带来影响［1］;桥面防水不理想会造成桥面受损，行车环境恶化，做好此类工程的防水处理已成为评判工程整体施工质量的重要指标之一。

再生混凝土是利用建筑固体废弃物破碎成粗、细骨料，拌制而成的混凝土，是一种环保型建筑材料，其研究、推广和应用具有一定的经济价值和社会价值。但是目前的再生混凝土以研究普通混凝土性能为主，对再生混凝土应用于自密实混凝土上研究较少。本试验通过掺加聚丙烯纤维，制作自密实再生混凝土试件，检测其抗渗性能，分析聚丙烯纤维对自密实再生混凝土抗渗性能的影响。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

(1)聚丙烯纤维:化学成分指标见表1。(2)固化剂(水泥):固化剂选择为32.5级的普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。(3)天然粗骨料(碎石):粗骨料选择碎石，表观密度2.70g/cm3，堆积密度1480kg/m3，空隙率42.54%，级配合格。(4)再生粗骨料:选用大颗块破碎混凝土，经破碎、筛分而成，粒径5mm～25mm。(5)细骨料(砂):细集料选择河砂，表观密度2.55g/cm3，堆积密度1560kg/m3，空隙率38.2% ，级配合格，细度模数3.35。(6)水:采用自来水或清洁的江河水。(7)外加剂:聚丙烯纤维的使用必须和减水剂配合使用，本试验选用液态高效减水剂。

表1 聚丙烯纤维化学成分指标

1.2 试件制备

试验采用上口直径为175mm，下口直径为185mm，高150mm圆台形试件，一组6个试件［2］。试件制备步骤如下:

(1)根据试验所需，称量水泥、砂、石子、聚丙烯纤维、水及减水剂的用量，对原材料过筛，检查其指标是否符合相应的技术要求。砂要求为干砂，碎石要求为干燥的石子，若为湿砂、湿石子需要换测出相对应的含水量，并在配合比中减去相应的用水量。

(2)将砂和石子放入搅拌机中进行混合，具体搅拌时间和转速根据混合物的重量确定;将水泥和聚丙烯纤维进行混合后，倒入搅拌机中与砂石进行混合;将减水剂倒入水中拌合后，倒入搅拌机中与拌合物进行混合。

(3)将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口;将试模固定在振动台上，振动时试模不得有任何跳动，振动应持续到表面出浆为止;不得过振［3］。

(4)将试模放入标准养护箱(室)内养护到规定龄期后拆模。

1.3 试验方法

对于密实度较好的自密实再生混凝土而言，其渗透性不宜用渗透系数表示，一般应用抗渗标号(即渗透压力)表示，它表示混凝土在某一压力作用下是不渗透的［4］。按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-85)规定的抗渗标号法进行试验，测试件抗渗标号。

2 试验结果及分析

2.1 试验目的

本试验主要研究聚丙烯纤维掺量对自密实再生混凝土抗渗性的影响;同时，由于影响自密实再生混凝土抗渗性的主要因素是水灰比、聚丙烯纤维掺量和再生粗骨料取代率，通过正交设计方法，确定影响自密实再生混凝土抗渗性的主要因素，指导工程实践。

2.2 聚丙烯纤维掺量的影响

聚丙烯纤维的掺量一般有内掺法和外掺法2种，本试验采用外掺法，即在水泥用量不变的前提下掺入适量聚丙烯纤维，用此法拌制的混凝土强度较高，一般聚丙烯纤维掺量是水泥用量的5% ～10%［5］。根据聚丙烯纤维掺量分别是水泥用量0、3%、5%、7%、10%制作5组试件，每组试件6个，测试结果及分析见表2、图 1。

表2 不同聚丙烯纤维掺量下的数据结果

图1 抗渗标号分析图

由图2可知，第1组未掺聚丙烯纤维，抗渗标号仅为P8，而掺了聚丙烯纤维后，抗渗标号为P13，可见聚丙烯纤维的掺入对提高自密实再生混凝土的抗渗性能影响较大。同时，在聚丙烯纤维掺量在水泥用量的10%以内时，自密实再生混凝土的抗渗标号随着聚丙烯纤维掺量的增加而提高。

2.3 影响因素主次分析

2.3.1 试验因素和水平设置 试验因素和水平设置见表3。

表3 试验因素和水平设置表

2.3.2 试验方案

从试验因素和水平设置可知本试验为3因素3水平的正交试验，选用Ln(3m)正交表，试验有聚丙烯纤维掺量、水灰比、再生粗骨料取代率等3个因素，不考虑此3因素间的相互作用，所以选用L9(34)正交表安排试验［6］。试验方案如表4。

表4 试验方案表

2.4 数据分析及处理

表5 数据分析处理表

2.5 因素主次顺序及确定优方案

从表5可知，RA＞RB＞RC，因此因素主次顺序为A(聚丙烯纤维掺量)，B(水灰比)，C(再生粗骨料取代率)。A 列因素:K3＞K2＞K1，B 列因素:K1＞K2＞K3，C 列因素:K1＞K3＞K2，所以优方案为:A3B1C1，即聚丙烯纤维掺量为水泥用量10%，水灰比0.5，再生粗骨料取代率30%。

2.6 趋势图

3 结论

(1)掺入聚丙烯纤维，在水灰比不变的前提下，可以提高自密实再生混凝土的抗渗性能，在聚丙烯纤维掺量不超过10%的情况下，自密实再生混凝土的抗渗性随聚丙烯纤维掺量的增加而提高，最佳聚丙烯纤维掺量在7%～10%之间。

(2)水灰比对自密实再生混凝土抗渗性能影响较大，水灰比越大，自密实再生混凝土抗渗性能越差，反之亦然。

(3)再生粗骨料取代率对自密实再生混凝土抗渗性能影响较大，取代率越大，自密实再生混凝土抗渗性能越差，反之亦然。

(4)在不掺防水剂的情况下，影响自密实再生混凝土抗渗性能的最主要因素是聚丙烯纤维掺量，随聚丙烯纤维掺量的增加而提高，且影响较大;水灰比、再生粗骨料取代率对自密实再生混凝土抗渗性能的影响次之。

(5)通过正交设计对自密实再生混凝土抗渗性能主要影响因素进行分析是可行的。

［1］ 陈月顺，曾三海，李厚祥，赵正奇，刘在姣.隧道自密实再生混凝土抗渗性试验研究［J］.新型建筑材料.2005.5.

［2］ GB/T50082-2009，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法［S］.

［3］ GB/T50081-2002，普通混凝土力学性能试验方法标准［S］.

［4］ 金伟良，赵羽习.混凝土结构耐久性［M］.北京:科学出版社.2002.

［5］ 张映斌，谢晨光.浅谈聚丙烯纤维在混凝土施工中的应用［J］.中国高新技术企业.2008.11.

［6］ 李云雁，胡传荣.试验设计与数据处理［M］.北京:化学工业出版社，2005.