玄武岩纤维贫混凝土力学性能研究.pdf

第34卷第1期
华北水利水电学院学报
Vol 34 No. 1
2013年2月
Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power
Feb.2013
DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2013.0L.009
玄武岩纤维贫混凝土力学性能硏究
刘朝晖',何春燕',孙潇满2,李本鹏
(1.长沙理エ大学,湖南长沙410076;2.广东交通实业投资有限公司,广东广州510100)
摘?:从贫混凝土基层的复合式路面的使用状况来看,反射裂缝的问题比较突出.玄武岩纤维贫混凝土是一种能
有效减弱或者避免贫混凝土产生反射裂缝的新型混合料.通过一系列室内试验,对玄武岩纤维贫混凝土的
抗压强度、抗弯拉强度、抗冲击能力以及静力抗压弹性模量等力学性能进行了系统研究,得出玄武岩纤维
最佳掺量为混合料总质量的2.0%,最佳掺量范围为3~6kg/m3.掺入玄武岩纤维后,能大幅提高贫混凝土
的早期抗压、抗弯拉强度,且28d龄期的纤维贫混凝抗压强度和抗弯拉强度也较一般贫混凝土提高了20%
以上;可使贫混凝土具有良好的抗冲击性能,较普通贫混凝土提高了近1/3倍;可提高贫混凝土材料的静
力抗压弹性模量,但提升幅度不大
关键词:纤维贫混凝士;玄武岩纤维;力学性能;设计参数
中图分类号:U414.18
文献标识码:A
文章编号:1002-5634(2013)01-0037~-04
近年来,随着重车比例增大和车辆超载现象增延缓或者避免贫混凝土的反射裂缝,由此形成了
多,我国相当一部分新建路面发生了不同程度的早种新型混合材料一一玄武岩纤维贫混凝土.玄武岩
期损坏.在许多重载、超载严重路段,路面远远达不纤维贫混凝土是将玄武岩纤维均匀地分散于贫混凝
到应有的设计年限.而高等级公路路面基层设计是土中,通过分散的玄武岩纤维减少动态荷载作用在
否得当,往往对整个路面结构功能的发挥起着关键贫混凝土上引起的应力集中,增强贫混凝土材料的
作用.在重载交通情况下,基层材料的强度、刚度及抗拉强度和抗裂性,减小温差变化时结构的收缩变
水稳性应较一般交通情况的高,且要有较高的抗疲形量,从而减少反射裂缝的产生
劳破坏能力.为了应对这种基层特性需求,目前我国
玄武岩纤维沥青混凝土具有较高的抗拉与抗弯
公路逐渐推广采用贫混凝土基层.贫混凝土(Lean极限强度,目前已经在沥青路面、桥面铺装工程中有
Concrete,LC)与传统的水泥稳定碎石、二灰碎石等着成功的运用.但是对于玄武岩纤维贫混凝土基层
常用半刚性材料相比,具有更高的强度、刚度和整体这种新型基层混合料的研究尚处于初步阶段.笔者
性,抗冲刷和抗冻性能良好.但是贫混凝土具有就玄武岩纤维贫混凝土的力学性质进行了研究
般水泥混凝土的共有特性,在温度和荷载作用下,
容易产生反射裂缝,造成路面结构的早期损坏
1原材料及配合比设计
玄武岩纤维( Basalt Fiber,BF)由纯天然玄武岩1.1原材料
矿石经1450~1500℃高温熔融后,通过铂锗合金
采用普通硅酸盐32.5(R)水泥,其细度、稠度
拉丝漏板制成?,具有断裂强度高、弹性模量高、伸凝固时间和体积安定性等指标均符合国家标准要
长率低、耐高温(>880℃)、耐低温(<-200℃)、求.粗集料为5~25mm粒径范围的连续级配碎石,
热传导系数低(隔热)、抗腐蚀、吸湿性低、重量轻等其压碎值、针片状含量及密度均满足规范要求.细集
优异性能和优良的加工性能,属于一种全新的材料,料采用当地河砂,含泥量符合规范要求,为中粗砂
将短切玄武岩纤维掺配到贫混凝土中,可以有效地外加剂采用TQN聚羧酸高性能缓凝减水剂短切玄
收稿日期:2012-08-30
基金项目:国家自然科学基金项目(51178062,51038002);交通部应用基础研究项目(2011319825040
作者简介:刘朝晖(1968一),男,湖南隆回人,教授,博士,主要从事路基路面工程、道路新材料、道路环境工程等方面的研究
华北水利水电学院学报
2012年2月
武岩纤维为浙江石金玄武岩纤维有限公司生产的玄工作性、强度、耐久性等技术要求的前提下,经济合
武岩短切纤维(BFCS-17-264-20-W),其各项性能指理地确定拌合料各组分的用量比例关系的.设计强
标见表1
度标准值满足《水泥混凝土路面施工技术规范
表1玄武岩纤维的主要性能指标
(JTGF30-2003)中的要求.参照贫混凝土基层设
密度/弹性模量断裂伸抗拉强度长度直径
计强度标准值,设定玄武岩纤维混凝土设计抗压强
/CPa长率/%
/MP
度为f。=10MPa,设计抗弯拉强度为.=2MPa
2.65
2.52800~3800
17
经过试验试配,确定了玄武岩纤维贫混凝土的配合
1.2配合比设计
比,见表2.其中玄武岩纤维是按混合料质量百分率
混凝土配合比设计的首要任务是在满足混凝土进行掺配,减水剂掺量为1%(相对水泥而言)
表2水灰比为0.95的混凝士配合比
混凝土类型
水泥
碎石
水
减水剂
玄武岩纤维
素贫混凝土
171
1302
1,71
玄武岩纤维贫混凝土
4(1.4%o)
玄武岩纤维贫混凝土
1302
1.71
4.1(1.7%o)
玄武岩纤维贫混凝土
1302
162
1.71
4.8(2.0%o
玄武岩纤维贫混凝土
9.6(4.0%0
玄武岩纤维贫混凝土
1302
162
14.4(6.0%o)
2试验结果与分析
(JTGE30-2005)的规定,把成型试件放在温度为
(20±2)℃,相对湿度为95%以上的养护室进行养
2.1抗压、抗弯拉强度
护,对混凝土进行了7d和28d两个龄期的抗压、抗
按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》弯拉强度试验,结果见表3
表3玄武岩纤维贫混凝土的抗压、抗弯拉强度试验结果
水灰比纤维掺量
d抗压
7d抗弯拉
d
28d抗压28d抗弯拉
强度/MPa
强度/MPa
压折比强度/MPa
强度/MPa
折比
1.60
10.3
2.13
1.4
9.4
1.80
12.6
1,97
4.92
14,9
6.0
9.7
2.03
4.78
14.7
5.68
1)随着玄武岩纤维掺量的增加,贫混凝土的抗凝土强度增幅较大,其抗压、抗弯拉强度分别达到
压、抗弯拉强度逐渐增强.在7d龄期时,混凝土强22%,10%;纤维掺量从1.4%增加到2.0%0时,混凝
度已接近设计抗压强度10MPa,且已达到设计抗弯土强度增幅很小.当玄武岩纤维掺量增加到2.0%
拉强度为2MPa,说明玄武岩纤维极大地提高了贫时,试件7d抗压、抗弯拉强度达到一个高峰值,分
混凝土的早期强度
别为9.8MPa和2.06MPa;当纤维掺量增加至
2)与普通贫混凝土相比,玄武岩纤维贫