大掺量粉煤灰玄武岩纤维混凝土的性能研究

朱研文 高文婧 李会侠 姜 涛 战美秋

（吉林建筑大学土木工程学院 吉林长春 130118）

引言

粉煤灰取代水泥不仅节约水泥，降低工程造价，减轻环境负荷，而且其微细集料及活性效应等，能够细化混凝土内部孔结构，改善微观结构，混凝土的性能得到改善。在粉煤灰混凝土中添加纤维，不仅可以提高其抗裂能力，改善干燥收缩，还可以改善混凝土的耐久性能。而玄武岩纤维作为一种新型环保无机纤维，与聚丙烯纤维等其他纤维相比，具有弹性模量和拉伸强度高、耐腐蚀、抗裂性能以及混凝土亲和力好等优点。本文本研究结合实际混凝土工程研究大掺量粉煤灰玄武岩纤维混凝土的抗压强度、抗冻性能、抗硫酸盐腐蚀性能，为大掺量粉煤灰混凝土在工程建设领域中的广泛应用提供一定的理论依据。

1 试验研究

1.1 试验原材料

水泥：吉林亚泰水泥有限公司生产的32.5#普通硅酸盐水泥。聚羧酸高效减水剂：掺量占胶凝材料0.3%。

砂：中砂。石子：最粒径范围5～20mm。

粉煤灰：河南郑州Ⅰ级粉煤灰，具体化学指标见表1。

表1 粉煤灰的化学成分

玄武岩纤维：吉林省玖鑫玄武岩有限公司生产的玄武岩短切纤维，基本物理性能指标见表2。

表2 玄武岩纤维的物理性能

1.2 试验方案

根据前期试验，采用混凝土基本配合比为：砂子615kg，石子1222kg，水泥378kg，一级粉煤灰10～40%超量取代水泥，玄武岩纤维长度变化10～25mm，掺量占总重0.2%。配比中水用量0.98～1.11kg，实际用量根据新拌砂浆流动度确定。进行了三因素四水平正交实验，每组试验试块数量12组。根据《混凝土强度检验评定标准》（GB50107-2010）进行混凝土强度试验，《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GBT50082-2009）进行56d后湿循环腐蚀及冻融循环试验。

2 实验结果分析

根据三因素四水平正交实验结果进行分析，实验分析结果如图1～4。

图1 粉煤灰掺量（%）

图2 玄武岩纤维（mm）

图3 粉煤灰掺量（%）

图4 玄武岩纤维（mm）

粉煤灰混凝土后期强度增幅提高明显。主要是由于随着龄期的增长，粉煤灰活性提高，火山灰反应速度加快，强度提高。玄武岩纤维粉煤灰混凝土粉煤灰40%超量取代水泥时，56d强度可满足28d的材料强度要求。玄武岩纤维在掺量不变的情况下，随着纤维长度的增加，混凝土的强度先下降后上升，说明玄武岩纤维自身与混凝土胶凝材料的相互粘结力不高，纤维长度较大的玄武岩纤维在混凝土受拉区出现裂缝后，裂缝界面处的交联作用明显。

粉煤灰超量10～30%相比基准混凝土抗腐蚀能力有所提升，主要是由于硫酸根离子与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙发生反应生成钙矾石，生成的产物溶解度较小，结合大量的结晶水，体积增大，在混凝土内部产生膨胀应力，引起混凝土开裂损伤。粉煤灰的掺入减少了水泥的用量，降低了混凝土中的C3A的含量，其活性效应能够降低Ca（OH）2含量，与SO42-离子反应的Ca（OH）2也随之减少，石膏和钙钒石的生成量也相应减少，减缓了结晶膨胀。同时其生成的水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，对混凝土起到增强作用和填充混凝土中的空隙，改善了混凝土的内部结构，增强了混凝土的致密性[1]。当粉煤灰超量替代水泥超过30%时，抗硫酸盐腐蚀能力降低明显，这可能由于较大掺量降低了反应速度，混凝土的致密度下降，连通孔增多的缘故。玄武岩纤维掺量占总重0.2%不变时，25mm的玄武岩纤维对混凝土抗硫酸盐腐蚀的效果较为明显。主要是由于玄武岩纤维能够适当阻止混凝土硬化前连通裂缝的产生，防止连通孔的形成，改善混凝土的内部结构[2]，增强混凝土的抗渗能力。

粉煤灰超量取代水泥量小于30%内变化时，对混凝土的抗冻能力影响不明显，超量取代率超过40%时，混凝土的抗冻能力影响不明显玄武岩纤维掺量占总重0.2%不变时，25mm的玄武岩纤维对限制因冰冻产生的膨胀与裂缝的产生，提高混凝土的抗冻性能有促进作用。

3 结论

（1）粉煤灰超量取代率为40%时，玄武岩纤维混凝土的56d抗压强度完全能够达到28d基准混凝土强度值。

（2）玄武岩纤维掺量占总重0.2%不变时，25mm的玄武岩纤维的对混凝土抗压强度及抗腐蚀的作用效果较为明显。

（3）粉煤灰超量取代率在10～30%有利于混凝土的抗硫酸盐腐蚀性提高，对抗冻性影响不明显；当超过40%时，混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能、抗冻性能明显降低。

（4）本实验虽得到部分结论，还需要进一步研究。如玄武岩纤维与混凝土材料之间的胶结力的提高与纤维长度变化的关系等等。