C50鋼纖維自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)與纖維摻量對(duì)強(qiáng)度影響試驗(yàn)研究

高明寶

【摘 要】本文通過實(shí)驗(yàn)主要研究了C50鋼纖維自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)以及不同的鋼纖維摻量對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響。通過對(duì)多組100mm×100mm×100mm及鋼纖維摻量分別為0.2%，0.4%，0.6%的C50自密實(shí)混凝土試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)，來研究鋼纖維的不同摻量對(duì)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度的影響。

【關(guān)鍵詞】鋼纖維 自密實(shí)混凝土 不同鋼纖維摻量 抗壓性能

1 引言

自密實(shí)混凝土是指不需要外加振搗而完全依靠自身重力作用充滿模板的每一個(gè)角落， 達(dá)到充分密實(shí)并且能夠保持不離析和勻質(zhì)性， 獲得最佳的性能的一種新型混凝土材料。在自密實(shí)混凝土的基礎(chǔ)之上，向混凝土中摻入亂向分布的鋼纖維，這樣就使得混凝土不僅具有自密實(shí)混凝土很好的流動(dòng)性，而且也擁有鋼纖維混凝土優(yōu)良的抗裂性能，同時(shí)也克服了普通混凝土的抗拉性能差、延性差等缺點(diǎn)，使其具有高抗裂性、高抗?jié)B性、高韌性等優(yōu)良性能。

2 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：水泥的選用應(yīng)當(dāng)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB 175）的要求。本實(shí)驗(yàn)采用了P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

（2）粗骨料：粗骨料應(yīng)當(dāng)采用連續(xù)級(jí)配的粗骨料，最大粒徑一般不宜超過20mm，針片狀骨料含量宜小于10%，空隙率宜小于40%，質(zhì)地堅(jiān)硬，含泥量、雜質(zhì)含量應(yīng)少。本試驗(yàn)采用了攪拌站的粉碎型碎石。

（3）細(xì)骨料：細(xì)骨料宜采用級(jí)配合格的中砂或粗砂，砂的含泥量應(yīng)小于1%。本試驗(yàn)中的細(xì)骨料采用了呼和浩特地區(qū)的河砂。

（4）水：拌合水應(yīng)當(dāng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63）的要求。本試驗(yàn)用水為呼和浩特地區(qū)飲用水。

（5）活性摻合料：活性摻合料應(yīng)當(dāng)采用粉煤灰、硅灰、磨細(xì)礦粉等能夠滿足自密實(shí)混凝土大流動(dòng)性和抗離析的一種或幾種。本試驗(yàn)采用了內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗華宇環(huán)保建材有限公司的一級(jí)粉煤灰。

（6）高效減水劑：減水劑在自密實(shí)混凝土中的作用非常關(guān)鍵，主要靠它來減少水用量的同時(shí)保證大流動(dòng)性。本試驗(yàn)所用減水劑為內(nèi)蒙古北騰工程材料有限公司提供的聚羧酸高效減水劑。

（7）鋼纖維：本試驗(yàn)中的鋼纖維采用的同樣是內(nèi)蒙古北騰工程材料有限公司提供的切斷型鋼纖維，長(zhǎng)度為35mm，直徑為0.8mm，弓形。

3 鋼纖維自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

（1）自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法主要有以下幾種：一、正交實(shí)驗(yàn)法。二、經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)法。三、固定沙石體積含量方法，該方法是首先設(shè)定1中石子的松堆體積為0.5-0.6，砂漿中砂的體積含量為0.42-0.44，從而求得石子、砂子和漿體含量，最后通過水膠比和膠凝材料用量確定水和各種膠凝材料的用量。四、直接計(jì)算法，直接引用高性能混凝土的配合比計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算求得各種材料的摻加量。

（2）經(jīng)過多次計(jì)算及試配最終確定出幾種混凝土的配合比如表1所示。

表1 C50鋼纖維自密實(shí)混凝土配合比

混凝土類型 水 水泥 粉煤灰 砂 石子 水灰比 減水劑 鋼纖維

SCC-00 180 460 120 810 830 0.31 8.0 0

SCC-02 180 460 120 810 830 0.31 8.0 15.6

SCC-04 180 460 120 810 830 0.31 8.0 31.2

SCC-06 180 460 120 810 830 0.31 8.0 46.8

注：表中試件代號(hào)說明，SCC 代表自密實(shí)混凝土，數(shù)字代表鋼纖維的體積含量，如“04”表示鋼纖維的體積率為0.4%，因?yàn)榇罅繐饺脘摾w維會(huì)影響自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性，所以本試驗(yàn)選用了小體積率的鋼纖維摻量，最大鋼纖維摻量為0.6%。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1混凝土工作性能檢驗(yàn)

本試驗(yàn)對(duì)新拌自密實(shí)混凝土工作性能的檢驗(yàn)方法采用的是CECS 203：2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中的三種，分別為：坍落擴(kuò)展度、T500 流動(dòng)時(shí)間和J-環(huán)法。通過綜合運(yùn)用三種方式的檢測(cè)確定自密實(shí)混凝土是否滿足必要的工作性能，檢測(cè)結(jié)果如表2、表3。

表2 坍落擴(kuò)展度、T500 流動(dòng)時(shí)間測(cè)試值

坍落擴(kuò)展度（mm）/ T500 SCC-00 SCC-02 SCC-04 SCC-06

C30 705/2s 686/2s 664/3s 650/3s

C40 681/2s 665/3s 647/3s 631/4s

C50 658/3s 643/3s 626/4s 611/4s

表3 J-環(huán)試驗(yàn)測(cè)得值

J-環(huán)試驗(yàn)內(nèi)外差（mm） SCC-00 SCC-02 SCC-04 SCC-06

C30 6 7 7 7.5

C40 7 7 7.5 8

C50 7.5 7.5 8 8

從檢驗(yàn)結(jié)果來看雖然由于鋼纖維的摻入使得混凝土的流動(dòng)性和穿過間隙的能力相對(duì)降低但還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足SF>>550mm，同樣由于C50混凝土的水灰比較小，導(dǎo)致流動(dòng)性也有所下降，但還是可以滿足自密實(shí)混凝土的工作性能。經(jīng)過以上綜合檢測(cè)得出所配制的鋼纖維自密實(shí)混凝土具有優(yōu)良的工作性能，滿足工程施工要求。

4.2 混凝土立方體強(qiáng)度試驗(yàn)

通過試驗(yàn)最終測(cè)得鋼纖維自密實(shí)混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度值（所有值均由原始值乘以0.95所得）如表4。

表4 鋼纖維自密實(shí)混凝土立方體28天抗壓強(qiáng)度值

自密實(shí)混凝土類型 C50-00 C50-02 C50-04 C50-06

養(yǎng)護(hù)28天強(qiáng)度（MP） 564 573 584 596

在所有試驗(yàn)的試件中發(fā)現(xiàn)，在同一配合比混凝土當(dāng)中隨著鋼纖維摻量的增大試件的抗壓強(qiáng)度也都有小幅度地增加，這主要是因?yàn)殇摾w維摻量越大，鋼纖維和混凝土基體的拉結(jié)作用就越強(qiáng)，在受壓時(shí)表現(xiàn)出抵抗橫向膨脹的作用也越強(qiáng)，最終表現(xiàn)出的抗壓強(qiáng)度也會(huì)有相應(yīng)地增加。

從測(cè)得的數(shù)據(jù)來看鋼纖維對(duì)自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響并不大，但從總體來講鋼纖維摻量的大小對(duì)高強(qiáng)度混凝土的影響要大于低強(qiáng)度混凝土，這是因?yàn)殇摾w維對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響主要取決于鋼纖維-水泥及界面粘結(jié)狀和界面粘結(jié)強(qiáng)度，鋼纖維的摻入一方面約束了在受壓過程中混凝土的橫向膨脹，推遲了破壞進(jìn)程，對(duì)提高抗壓強(qiáng)度是有益的，另一方面如果混凝土基體強(qiáng)度本身比較低，摻入鋼纖維后，使得界面薄弱層增多，鋼纖維摻量越大，薄弱層就越多，試件受壓時(shí)，首先在薄弱界面處引起破壞，導(dǎo)致鋼纖維自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度不能提高。如果混凝土基體強(qiáng)度本身比較高，那么界面區(qū)也會(huì)得到強(qiáng)化，抗壓強(qiáng)度就會(huì)隨鋼纖維摻量的增加而提高。C30自密實(shí)混凝土和C50自密實(shí)混凝土相比較，它的基體強(qiáng)度就弱了些，所以試驗(yàn)結(jié)果是鋼纖維對(duì)C50自密實(shí)混凝土強(qiáng)度的影響要比C30更明顯，抗壓強(qiáng)度提高的更多。摻入鋼纖維的混凝土試件在破壞過程中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線更飽滿，說明鋼纖維可以提高自密實(shí)混凝土的抗壓韌性。

就破壞形態(tài)而言，鋼纖維的摻量對(duì)試件最終的破壞形態(tài)影響較大，如圖1所示，普通自密實(shí)混凝土在受壓破壞時(shí)表現(xiàn)出來的是先開裂接著就沿著裂縫坍落、破碎，但鋼纖維自密實(shí)混凝土在受壓破壞時(shí)因?yàn)橛袖摾w維的橋接作用，最后的破壞形態(tài)是裂而不散。

綜上所述，鋼纖維對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓性能的改善主要表現(xiàn)在抗壓韌性的提高和破壞形態(tài)的變化，對(duì)抗壓承載力的提高并不太大，遠(yuǎn)不及對(duì)抗拉、抗折能力的提高。

不摻加鋼纖維的混凝土試件 摻加鋼纖維的混凝土試件

圖1不摻加鋼纖維和摻加鋼纖維自密實(shí)混凝土抗壓破壞形態(tài)對(duì)比

5結(jié)語

本文通過對(duì)鋼纖維自密實(shí)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究了鋼纖維對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，并由試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：

（1）鋼纖維的摻入雖然對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度影響不大，但由于鋼纖維在混凝土受壓過程中起到了抑制橫向膨脹的作用，使得自密實(shí)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度會(huì)有微弱增長(zhǎng)，且這種增長(zhǎng)會(huì)隨著鋼纖維摻量的增加而變得明顯。

（2）鋼纖維對(duì)不同強(qiáng)度混凝土的影響效果不同，雖然摻加鋼纖維后自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度都有相應(yīng)地增加，但很明顯，在鋼纖維摻量相同的條件下強(qiáng)度高的混凝土要比低強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度增加的幅度要大。換言之，鋼纖維對(duì)高強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度的提高作用優(yōu)于對(duì)低強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度的提高。

（3）鋼纖維對(duì)自密實(shí)混凝土的破壞形態(tài)影響非常大。普通自密實(shí)混凝土立方體在受壓破壞時(shí)表現(xiàn)出的是一裂即散，而摻加了鋼纖維的試件所表現(xiàn)出的是裂而不散，這在實(shí)際工程中有時(shí)會(huì)起到保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉數(shù)華，王曉燕.自密實(shí)混凝上綜述[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2004， 118-120.

[2]曹國(guó)娥，歐志華，劉亞君.鋼纖維形狀特征對(duì)鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響[J].新型建筑材料，2002（2）.

[3]楊樹桐，吳志敏.自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2005（1）：33-3.