摘要：采用平板法研究玄武巖纖維對混凝土收縮開裂的影響，實驗結果表明：玄武巖纖維能有效的抑制裂縫的產生和擴展，抵抗塑性收縮能力顯著，其最佳摻量為1.0-1.2kg/m3。
　　關鍵詞：混凝土；玄武巖纖維；開裂；摻量
　　
　　1概述
　　近年來混凝土技術得到了快速發展與應用，混凝土廣泛的應用于建筑工程之中。但是，人們通過大量的工程實例發現多數混凝土設施的破壞，其不是由于強度不足而是耐久性不夠造成的。目前，在結構工程領域存在一個相當普遍且嚴重的問題是結構物的早期收縮開裂，嚴重影響混凝土的耐久性和結構物的使用年限，已經成為必須解決的技術難題[1]。混凝土產生早期裂縫的原因有多種，尤以收縮變形引起的裂縫最多。塑性收縮是由于混凝土在凝聚前表面失水引起毛細孔壓力增大而產生了表面收縮，裂縫在混凝土澆筑后3h-15h左右形成，不均勻分布。收縮裂縫在混凝土路面，混凝土板，混凝土梁等大面積暴露的結構表面尤為明顯，長度甚至達1-2m。加強混凝土早期塑性收縮開裂的研究具有重要的理論和現實意義[1-2]。
　　國內外水泥和混凝土界的專家學者都很重視混凝土收縮性能和抗裂性能的研究。1985美國PaulP.Kraai教授首次采用平板法研究混凝土收縮開裂；清華大學的安明哲等對高性能混凝土的自收縮試驗方法進行了系統的研究；一些學者對低摻量玄武巖等纖維混凝土的阻裂、抗滲機理、等耐久性以及玄武巖纖維對混凝土的力學性能的影響等進行了初步實驗，并得出了一些符合實驗的結論[3]。大量研究表明，混凝土中摻加纖維能夠提高其延性和韌性，增強抗裂能力。玄武巖纖維作為一種新型的無機纖維，具有耐高溫、耐燒蝕、耐酸堿性能強、耐化學性能好和熱穩定性優越等優點。目前我們對玄武巖纖維阻止混凝土開裂的研究雖然取得了一些成果，但還有待深入[4]。
　　本文研究了在混凝土中摻入適量的玄武巖纖維，對混凝土在澆筑后早期硬化階段的塑性收縮裂縫和微裂紋的影響，從而為玄武巖纖維在工程中的應用提供參考。
　　2原材料與實驗方法
　　2.1原材料
　　選用冀東水泥廠生產的P.O42.5R型普通硅酸鹽水泥；細骨料選用秦皇島河砂；粗骨料選用5-25mm級配良好的碎石；采用萘系高效減水劑，減水率為22%；粉煤灰選用內蒙古元寶山電廠Ⅰ級粉煤灰；選用俄金玄武巖纖維有限公司玄武巖纖維，直徑13µm，長度15mm。混凝土強度等級為C40，基準配合比為：水泥:粉煤灰:砂石:石子:水:減水劑=350:100:180:750:1050:3.6，纖維摻量分別為0、0.6、1.2、1.8kg/m3，對應編號為：C40-B0、C40-B1、C40-B2、C40-B3。
　　2.2實驗方法
　　本試驗參照Kraai平板實驗方法[5]試模：鋼制試模，尺寸為600mm×900mm×50mm底部鋪設塑料薄膜，周邊裝配φ10mm×100mm鋼筋。
　　將受檢混凝土與基準混凝土澆注入試模，抹平后，置于晴天、濕度小于60%的風吹環境中。對混凝土板每隔10分鐘觀察一次，直到混凝土終凝。記錄每個混凝土板上裂縫的出裂時間（開始出現裂縫的時間），裂縫尺寸（終凝前的最大裂縫寬度），及裂縫數量（終凝前裂縫總條數及長度在5cm以上裂縫的條數）。
　　裂縫檢測方法：
　　(1)裂縫寬度：用比對卡測讀裂縫寬度。每條裂縫取3個寬度值，然后取其平均值為該裂縫寬度值。
　　(2)裂縫長度：裂縫以肉眼可見裂縫為準，用鋼尺測量其長度。可近似取裂縫兩端直線距離為裂縫長度；當裂縫出現明顯彎折時，可以按折線長度之和代表裂縫長度。
　　(3)應按下列公式計算裂縫總面積：
　　
　                         　　
　　不同玄武巖纖維摻量的混凝土開裂情況見表1所示。
　　表1各玄武巖纖維摻量下混凝土的開裂情況
　                 　　
　　從表1可以看出，在混凝土中摻入玄武巖纖維后可抑制混凝土塑性收縮裂縫，抵抗早期塑性收縮作用顯著，且混凝土開裂的時間延遲；玄武巖纖維混凝土寬度縮減系數達到了75%，總開裂面積減縮系數更是達到了98%左右。隨纖維體積分數的增加，混凝土開裂面積明顯減少，裂縫降低系數逐漸增大，對混凝土的開裂抑制作用越強，在摻量為1.2以下時纖維的抗裂效果最佳。當摻量大于1.2時，這時再增加纖維的摻量防裂效果提高已經不再明顯，對混凝土開裂的抑制作用又有下降的趨勢。分析其可能由于纖維摻量增多，纖維之間存在的結團現象較為突出，使之不易均勻分散于水泥基材料之中，從而使抗裂性能略有下降。
　　玄武巖纖維在混凝土中成不規則均勻亂向分布，這種分布形式在混凝土中形成了大量的微配筋，故微裂縫在發展的工程中遭到了玄武巖纖維的阻擋，吸收了混凝土的應力。微細纖維的加入在微觀層次上顯著減少了材料的缺陷，尤其是微細裂紋和內部損傷。從而在宏觀意義上帶來了顯著阻裂的效果。試驗研究表明，玄武巖纖維能有效的減少塑性收縮裂縫（比如與基準混凝土相比裂縫總面積減少60%以上），由以上圖表可以得出能有效抑制裂縫的最佳纖維摻量為1.0~1.2。同時在實驗過程中的各種混凝土的塑性收縮裂縫還受試驗場地外加劑、施工操作(抹平方向及速率)、構件斷面深度、纖維的分散均勻程度等因素的影響。
　　4結論
　　（1）混凝土中加入玄武巖纖維，對提高混凝土抵抗早期收縮和開裂效果十分顯著。玄武巖纖維混泥土抵抗早期收縮開裂性能比普通混凝土有較大提高，其最高裂縫降低系數達98%。
　　（2）玄武巖纖維抵抗混凝土早期收縮開裂的最佳摻量為1.0-1.2kg/m3，隨著纖維含量的增加，纖維摻量多使之不易均勻分散容易結團，使抗裂性能略有降低。
　　（3）玄武巖纖維的加入顯著改善了混凝土內部微觀結構，即在水泥凝結硬化過程中纖維分布形成大量微配筋，吸收了混凝土的應力，阻礙微裂縫的發展從而達到抗裂的目的。
　　參考文獻：
　　[1]徐至均.纖維混凝土技術及應用[M].北京:中國建筑工業出版社，2003
　　[2]史小興,王新民.合成纖維在混凝土中的效果和機理綜述[J].河南科學.2002,6:621-6251
　　[3]廉杰,楊勇新,楊萌,等.短切玄武巖纖維增強混凝土力學性能的試驗研究[J].工業建筑,200,37(6):8–10.
　　[4]黃承逵.纖維混凝土結構[M].北京:機械工業出版社,2004.
　　[5]PaulP.Kraai.Aproposedtesttodeterminethecrackingpotentialduetodryingshrinkageofconcrete.ConcreteConstruction.September1985,pp775-778.