磷渣纖維混凝土抗?jié)B性能探究

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摘要:磷渣作為一種生產(chǎn)黃磷時(shí)產(chǎn)生的有害物質(zhì)，其產(chǎn)量巨大且堆積后會(huì)對(duì)土壤造成污染。將磷渣作為一種摻合料加入混凝土可以使得這一問題得到緩解。文章通過對(duì)不同纖維摻量的磷渣纖維混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及抗?jié)B試驗(yàn)后研究發(fā)現(xiàn):不同纖維摻量對(duì)于磷渣混凝土抗壓強(qiáng)度的影響整體呈下降趨勢(shì)，但下降幅度不大。對(duì)于其抗?jié)B性能有一定的提升，但抗?jié)B性能并不隨纖維摻量的提高呈直線上升，而是呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:纖維混凝土;抗?jié)B性能;抗壓強(qiáng)度;力學(xué)性能

磷渣是一種生產(chǎn)黃磷時(shí)生成的有害物質(zhì)，每生產(chǎn)1t磷通常要生成8t左右的磷渣。我國(guó)作為生產(chǎn)大國(guó)，每年有大量的磷渣生產(chǎn)并堆積，其中的有害物質(zhì)滲透進(jìn)入土壤造成土地污染。而將磷渣作為摻合料加入混凝土可以有效緩解這一問題，消耗有害固體廢料的同時(shí)降低混凝土成本。將磷渣應(yīng)用到混凝土中有較好的前景［1-2］，戈雪良［3］對(duì)磷渣粉水工混凝土的物理性能如強(qiáng)度、彈模、體積變形等進(jìn)行了研究后認(rèn)為，摻入磷渣粉后的水工混凝土的部分性能得到了改善，并且如果將之應(yīng)用于大壩，有利于大壩安全。現(xiàn)已有將磷渣應(yīng)用到水工混凝土的實(shí)例，如貴州索風(fēng)營(yíng)水電站的碾壓混凝土壩便采用了粉煤灰與磷渣混摻技術(shù)［4］，林育強(qiáng)研究了磷渣的化學(xué)成分、微觀性能以及磷渣混凝土的物理性能、熱力學(xué)性能、耐久性能等并將之應(yīng)用到沙陀水電站大壩碾壓混凝土［5］。水工混凝土結(jié)構(gòu)由于其工作環(huán)境復(fù)雜導(dǎo)致其對(duì)于混凝土的抗?jié)B性能要求較高。而在混凝土中加入纖維可以使得其滲透性減小。Mobasher［6］等學(xué)者研究認(rèn)為混凝土的抗?jié)B透性能隨孔隙率的提高而降低。劉倩文［7］研究認(rèn)為聚丙烯纖維的摻入顯著提高了混凝土抗?jié)B透性能。李冬［8］采用超聲波測(cè)量對(duì)鋼纖維混凝土與聚丙烯混凝土的滲透性能進(jìn)行了研究，其結(jié)論認(rèn)為聚丙烯纖維的加入可以增強(qiáng)開裂混凝土的抗?jié)B性能。馬偉麗［9］在不同水壓條件下對(duì)不同纖維摻量的纖維混凝土進(jìn)行損傷滲透性試驗(yàn)，其結(jié)論認(rèn)為纖維混凝土試件損傷后的滲透流量皆小于未摻入纖維的混凝土。而鐘秉章［10］探討了聚丙烯纖維混凝土在水下結(jié)構(gòu)、板式混凝土結(jié)構(gòu)、橋梁路面工程、噴射混凝土等工程的應(yīng)用前景，認(rèn)為聚丙烯纖維混凝土在水利水電工程具有較為廣泛的應(yīng)用前景。隨著工程技術(shù)的進(jìn)步，聚丙烯纖維現(xiàn)已有工程應(yīng)用實(shí)例。余淑紅［11］分析了疏勒河灌區(qū)昌馬舊總干渠在服役期間所產(chǎn)生的各種問題，并認(rèn)為可以采用耐磨性、抗沖擊性且相比之下較為經(jīng)濟(jì)的聚丙烯混凝土作為襯砌材料對(duì)總干渠進(jìn)行結(jié)構(gòu)修復(fù)，此舉有效地延長(zhǎng)了總干渠的服役壽命。陳攀［12］分析了巴家咀水庫(kù)加固工程，認(rèn)為聚丙烯纖維混凝土在加固工程聚丙烯混凝土拌合過程中所采用的分時(shí)、分量投入聚丙烯纖維辦法有效地解決了聚丙烯纖維混凝土的攪拌問題，使之成功地運(yùn)用在工程中。水工結(jié)構(gòu)所使用的水工混凝土由于其用方量較大，在大量消耗磷渣的同時(shí)可以節(jié)約工程成本。而在其中加入聚丙烯纖維可以使得其抗?jié)B性能提高。但現(xiàn)有成果對(duì)此研究不多，若要將之作為水工混凝土應(yīng)用到工程實(shí)際，則有必要對(duì)其抗?jié)B性能進(jìn)行研究。

1試驗(yàn)

本文對(duì)不同纖維摻量(0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%)下磷渣混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度與抗?jié)B性能進(jìn)行研究，所澆筑試件數(shù)量見表1。本試驗(yàn)所采用的纖維為聚丙烯纖維，其物理參數(shù)見表2。磷渣來源于貴陽(yáng)某廠生產(chǎn)，其混凝土抗壓強(qiáng)度應(yīng)力應(yīng)變曲線由RMT-301b巖石與混凝土試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)定，抗?jié)B性能由HP-4.0混凝土滲透儀測(cè)定。

1.1混凝土立方體抗壓試驗(yàn)

本試驗(yàn)對(duì)0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%聚丙烯纖維體積摻量的磷渣混凝土，按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土立方體抗壓試驗(yàn)，采用150mm×150mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)立方體試件。本文設(shè)計(jì)混凝土等級(jí)為C40，RMT-301b巖石與混凝土試驗(yàn)系統(tǒng)正常使用量程為1200KN且具有數(shù)字伺服器，可均勻連續(xù)地加載，采用RMT-301b巖石與混凝土試驗(yàn)系統(tǒng)可對(duì)立方體混凝土試件進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變曲線測(cè)定。

1.2混凝土抗?jié)B試驗(yàn)

本試驗(yàn)對(duì)0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%聚丙烯纖維體積摻量的磷渣混凝土，按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行混凝土抗?jié)B試驗(yàn)。采用上口內(nèi)直徑為175mm，下口內(nèi)直徑為185mm的圓臺(tái)體試模澆筑試件。試件脫模后等待28d齡期，28d齡期時(shí)將石蠟放入220℃烘箱烘5min后融化加2%的松香進(jìn)行密封。試件準(zhǔn)備好后，啟動(dòng)抗?jié)B儀，扭動(dòng)6個(gè)試位閥門，排空其中管道空氣，使水從6個(gè)孔中滲出，并將初始?jí)毫φ{(diào)整至0.1MPa，隨后關(guān)閉6個(gè)試位下的閥門后將試件安裝至抗?jié)B儀上。本試驗(yàn)采用逐級(jí)加壓法，其水壓從0.1MPa開始，每8小時(shí)加0.1MPa，加至6個(gè)試件有3個(gè)試件表面出現(xiàn)滲水時(shí)停止試驗(yàn)。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)混凝土立方體試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)后所得結(jié)果如圖1所示，從圖中可以看出其數(shù)據(jù)符合本次試驗(yàn)混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C40，其立方體抗壓強(qiáng)度隨著纖維摻量的增大而逐漸減小，并在纖維摻量為1.2%時(shí)取得最小值。當(dāng)纖維摻量為0.8%時(shí)，下降幅度最大。但總體立方體抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)均大于40MPa。雖然立方體抗壓強(qiáng)度隨著纖維摻量的增大而逐漸減小，但總體下降范圍在3MPa以內(nèi)。對(duì)混凝土圓臺(tái)體試件進(jìn)行抗?jié)B透試驗(yàn)后所得結(jié)果如圖2所示，從圖中可以看出其抗?jié)B透性能隨纖維摻量的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在纖維摻量為0.6%時(shí)其所能承受的水壓力值為最大，但總體基本都比未摻入纖維的混凝土抗?jié)B透性能要好，這說明纖維的摻入有效地降低了混凝土的滲透性。良好的抗?jié)B透性能使其更為適用于水工結(jié)構(gòu)物中。

3結(jié)論

(1)隨著混凝土中纖維摻量的增多，其立方體抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)并在纖維摻量為1.2%時(shí)取得最小值。雖然立方體抗壓強(qiáng)度隨著纖維摻量的增大而逐漸減小，但總體而言立方體抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)均大于40MPa，滿足本次試驗(yàn)混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C40。(2)其抗?jié)B透性能隨纖維摻量的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在纖維摻量為0.6%時(shí)其所能承受的水壓力值為最大，但總體基本都比未摻入纖維的混凝土抗?jié)B透性能要好。(3)磷渣混凝土在摻入適量的纖維后其抗?jié)B透性能得到了提升，使其可以更為適用于類似水工結(jié)構(gòu)物所處的復(fù)雜環(huán)境。

作者:代旭東 鄧建華 楊壯 杜凱 單位:貴州大學(xué)土木工程學(xué)院