聚丙烯纤维对磷石膏水工混凝土性能的影响

王广宇

(朝阳天浩水利建筑有限公司，辽宁 朝阳 122000)

1 材料与方法

1.1 试验材料

此次试验使用的磷石膏来自辽宁省朝阳县翼腾磷石膏加工厂，其样品为灰白色，含水率为15.22%，pH值为0.39，其主要成分为二水硫酸钙，同时含有少量的五氧化二磷等其他杂质。

水泥为混凝土制作领域使用的水硬性胶凝材料，此次试验采用的是朝阳市宏达水泥厂生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥，其细度模数为1.8%，比表面积为341 m2/kg，烧失量为2.48%，初凝和终凝时间分别为212 min和255 min，28 d抗压强度和抗折强度分别为50.6 MPa和8.2 MPa；粉煤灰是水工混凝土制作过程中常用的矿物掺合料，对改善混凝土性能具有重要作用，此次研究使用的粉煤灰来自混凝土搅拌站，其细度模数为2.7%，比表面积为242 m2/kg，需水量为102.0%，烧失量为6.90%。

试验用矿渣粉为河南铂润铸造材料有限公司生产，其含水量为0.54%，烧失量为2.88%，需水量为95.3%。

试验用集料为天然河砂和人工石灰岩碎石，其各项技术指标均满足规范和试验要求；试验用缓凝剂为CQ-SHJ09动植物蛋白类石膏缓凝剂；试验用减水剂为聚羧酸减水剂；试验用发泡剂为过氧化氢溶液，稳泡剂为自制松香溶液。

试验用纤维为南通新帝克科技股份有限公司生产的聚丙烯单丝纤维，其长度为8～22 mm。

1.2 试验方案

此次研究的主要目的是探索聚丙烯纤维对磷石膏泡沫混凝土性能的影响。由于该领域的研究不多，特别是没有关于聚丙烯纤维掺量对磷石膏泡沫混凝土的影响研究[1]。因此，在试验研究方案设计中结合普通聚丙烯纤维混凝土的相关研究成果和工程经验，确定0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%等7种不同的纤维掺量水平。由于隔热性能是泡沫混凝土的重要优势，而抗压和抗折性能直接影响其工程适用性和耐久性[2]。因此，试验中对不同聚丙烯纤维掺量水平的磷石膏泡沫混凝土的抗压强度、抗折强度以及导热系数进行试验，并对试验结果进行对比，获得聚丙烯纤维对磷石膏泡沫混凝土性能的影响及规律。

1.3 试验方法

在磷石膏泡沫混凝土试件的制作过程中，首先将磷石膏、水泥和聚丙烯纤维放入搅拌机干混均匀，然后加入水，在低速状态下搅拌30 s，再倒入过氧化氢溶液高速搅拌10 s，最后将制作好的混凝土材料放入模具中静置发泡；在静置24 h后将试件拆模编号，并在标准养护条件下养护至试验规定龄期进行试验[3]。试验中磷石膏泡沫混凝土试件的抗压强度和抗折强度使用ETC-2000型微机伺服万能试验机测试，导热系数利用DRXS3030型导热系数测定仪进行测试[4]。在试验过程中，每种试验方案测试三个试件，以其均值作为最终试验结果。

2 试验结果与分析

2.1 抗压强度

试验中对不同聚丙烯纤维掺量方案试件的7 d和28 d龄期抗压强度值进行测定，结果如表1所示。根据表1中的试验数据，绘制出磷石膏泡沫混凝土的抗压强度随聚丙烯纤维掺量的变化曲线，结果如图1所示。由表1和图1可以看出，掺加聚丙烯纤维方案的磷石膏泡沫混凝土的抗压强度值均大于没有掺加聚丙烯纤维的方案1。具体来看，随着聚丙烯纤维掺量的增加，磷石膏混凝土的抗压强度值呈现出先增大后减小的变化趋势，当聚丙烯纤维掺量为1.5%时的抗压强度值最大，其28 d龄期抗压强度达到了4.48 MPa，与没有掺加聚丙烯纤维方案28 d龄期的抗压强度2.66 MPa相比增长了68.42%。究其原因，主要是磷石膏泡沫混凝土内部存在较多的气囊孔隙，气囊结构的存在可以使磷石膏泡沫混凝土具有良好的保温性能，但是也会影响到内部结构的整体性以及各种材料的黏结性能，因此抗压强度值较低；在其中掺入聚丙烯纤维之后，可以有效改善其内部结构的整体性，特别是气泡之间薄弱之处的黏结性能，因此可以大幅提升其抗压强度。但是，过量掺入聚丙烯纤维的情况下，难免会造成其在混凝土内部的聚团现象，因此不利于抗压强度的进一步提升。由此可见，在磷石膏泡沫混凝土中掺加一定量的聚丙烯纤维可以有效提升磷石膏泡沫混凝土的抗压强度，且纤维掺量为1.5%时对抗压强度的提升效果最为显著，具有十分重要的工程意义和价值。

表1 抗压强度试验结果

图1 抗压强度变化曲线

2.2 抗折强度

试验中对不同聚丙烯纤维掺量方案试件的7 d和28 d龄期抗折强度值进行测定，结果如表2所示。根据表2中的试验数据，绘制出磷石膏泡沫混凝土的抗折强度随聚丙烯纤维掺量的变化曲线，结果如图2所示。由表2和图2可以看出，抗折强度的变化规律和抗压强度类似。首先，所有掺加聚丙烯纤维方案的磷石膏泡沫混凝土的抗折强度值均显著偏大。其次，随着聚丙烯纤维掺量的增加，磷石膏泡沫混凝土的抗折强度值呈现出先增大后减小的变化趋势，当聚丙烯纤维掺量为1.5%时的抗折强度值最大，其28 d龄期抗折强度达到了0.99 MPa，与没有掺加聚丙烯纤维方案28 d龄期的抗折强度0.59 MPa相比，增长了67.80%。由此可见，在磷石膏泡沫混凝土中掺加一定量的聚丙烯纤维可以有效提升磷石膏泡沫混凝土的抗折强度，且纤维掺量为1.5%时对抗折强度的提升效果最为显著，其原因和抗压强度类似，这里不再敷述。

表2 抗折强度试验结果

图2 抗折强度变化曲线

2.3 导热系数

试验中对不同聚丙烯纤维掺量方案试件28 d龄期的导热系数值进行测定，根据测定结果绘制出如图3所示的导热系数随聚丙烯纤维掺量的变化曲线。

图3 导热系数变化曲线

由图3可以看出，随着纤维掺量的增大，磷石膏泡沫混凝土的导热系数虽然存在一定的波动变化，但是变化的幅度极为有限，同时没有明显的规律性特点。因此，可以认为上述变化是试验中的其他因素或误差导致。由此可见，在磷石膏泡沫混凝土中掺加聚丙烯纤维，不会对磷石膏泡沫混凝土的导热系数也就是其保温性能产生明显影响。

3 结 论

(1)聚丙烯纤维的掺入会显著提升磷石膏泡沫混凝土的抗压强度和抗折强度，且掺加比例为1.5%时的效果最佳。

(2)聚丙烯纤维的掺入并不会影响磷石膏泡沫混凝土的保温性能。

(3)根据试验结果，建议在磷石膏泡沫混凝土制作过程中掺入1.5%的聚丙烯纤维，可以在不影响其保温性的同时提高工程的安全性和耐久性。