高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土力學(xué)特性試驗(yàn)研究

王永娥 李英帥 鄭軍濤

（1長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710064；2深圳中鐵二局工程有限公司，廣東 深圳 518000）

關(guān)鍵字：高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土；鋼纖維 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

0 引言

混凝土作為土木工程必不可少的材料，始終朝著高強(qiáng)、輕質(zhì)、綠色和高性能的方向發(fā)展0。高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土不但保證了混凝土結(jié)構(gòu)有強(qiáng)度，而且為減輕混凝土結(jié)構(gòu)的自重提供了有效的途徑0，具有高強(qiáng)輕質(zhì)、保溫隔熱性好、節(jié)能效果顯著、工程綜合造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)0，是一種良好發(fā)展前景的綠色建筑材料0，已經(jīng)在高層、大跨、橋梁、海洋等建筑中得到了廣泛的應(yīng)用0。但隨著輕集料混凝土強(qiáng)度的提高，其脆性也顯著增加，如何改善高強(qiáng)輕集料混凝土的脆性需要深入研究。目前已有的關(guān)于高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土材料的研究表明，鋼纖維對(duì)普通混凝土具有良好的增強(qiáng)、增韌和阻裂效果。本文通過(guò)力學(xué)性能試驗(yàn)，對(duì)比分析了未摻入鋼纖維的普通輕質(zhì)混凝土和摻入鋼纖維的高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土力學(xué)特性，研究鋼纖維對(duì)輕質(zhì)混凝土抗壓及抗折強(qiáng)度的影響。

1 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：水泥在高韌性輕集料混凝土中主要作為膠結(jié)材料，使用時(shí)和水拌合形成水泥砂漿，把輕集料、砂、鋼纖維以及其他組分粘結(jié)成為整體的同時(shí)，還可填充高韌性輕集料混凝土中的空隙，增加其密實(shí)性。試驗(yàn)采用華潤(rùn)生產(chǎn)的 P.042.5R水泥。

粉煤灰：粉煤灰可改善了混凝土拌和物的和易性，提高混凝土抗?jié)B能力，同時(shí)可節(jié)約水泥和砂并減少了用水量。試驗(yàn)采用沙角電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，需水量為93%。

鋼纖維：試驗(yàn)采用深圳恒馳遠(yuǎn)生產(chǎn)的長(zhǎng)30mm，長(zhǎng)徑比為65的熔抽端多錨點(diǎn)型鋼纖維，具有較高的強(qiáng)度、韌性和較低的干縮值，抗拉強(qiáng)度＞600MPa。

輕集料：輕集料主要是作為混凝土中的骨架。高韌性輕集料混凝土采用的輕集料粒徑一般為鋼纖維長(zhǎng)度的2/3，最大粒徑低于20mm。輕集料選用湖北匯騰生產(chǎn)的5～16mm、800級(jí)破碎頁(yè)巖陶粒，其堆積密度780kg/m3。

細(xì)集料：細(xì)集料主要是用于填充輕集料之間的空隙，和輕集料一起共同組成高韌性輕集料混凝土的骨架。本實(shí)驗(yàn)使用的細(xì)集料為中砂，細(xì)度模數(shù)為2.8，含泥量小于0.8%。

外加劑：減水劑是指在混凝土和易性及水泥用量不變條件下，能減少拌合用水量、提高混凝土強(qiáng)度。本試驗(yàn)采用深圳天地生產(chǎn)的高性能緩凝型，聚羧酸系高效減水劑，減水率為25%。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試件

高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土力學(xué)性能按照《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ51-90進(jìn)行，試驗(yàn)分別采用15cm立方體，15cm×15cm×55cm的模具成型抗壓及抗折的混凝土試件。

1.2.2 試驗(yàn)

1）壓強(qiáng)度試驗(yàn)

采用尺寸為15cm立方體試件，如圖1。每種類(lèi)型的試件制作2個(gè)，共4個(gè)，利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

圖1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)立方體試件

2）抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

采用尺寸為150×150×550mm的混凝土試件，如圖2。每種類(lèi)型的試件制作2個(gè)，共4個(gè)，利用抗折試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)配合比

本次試驗(yàn)中混凝土的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度50MPa，抗折強(qiáng)度7MPa。具體配合比如表1。

表1 各類(lèi)型混凝土配合比（單位：kg/m3）

圖2 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)棱柱體試件

2 力學(xué)特性試驗(yàn)結(jié)果

2.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

表2為28天齡期抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果：

表2 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土材料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果（單位：kg/m3）

由表2可知：1）每種配合比的試件試驗(yàn)得出的抗壓強(qiáng)度，均與其平均值接近，偏差小于 1%，試驗(yàn)結(jié)果可靠；2）未摻入鋼纖維的常規(guī)輕質(zhì)混凝土材料，抗折強(qiáng)度未滿足要求，摻入鋼纖維后，其抗壓強(qiáng)度得到明顯提高，即鋼纖維可提高輕質(zhì)混凝土抗壓強(qiáng)度。

2.2 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

表3抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果：

表3 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土材料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果（單位：kg/m3）

由表2可知：1）每種配合比的試件試驗(yàn)得出的抗折強(qiáng)度，均與其平均值接近，偏差小于 1%，這表明試驗(yàn)結(jié)果可靠；2）與常規(guī)未添加鋼纖維的混凝土材料，添加鋼纖維可明顯提高材料的抗折性能。因?yàn)殇摾w維的摻入極大改善了輕集料混凝土的脆性，增加其韌性。

3 結(jié)果總結(jié)

本文通過(guò)力學(xué)性能試驗(yàn)，對(duì)比分析了未摻入鋼纖維的普通輕質(zhì)混凝土和摻入鋼纖維的高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土力學(xué)特性，得出以下結(jié)論：

1）每種配合比的試件試驗(yàn)得出的抗壓及抗折強(qiáng)度，均與其平均值接近，偏差均小于1%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠；

2）向混凝土材料中添加鋼纖維，可明顯提高材料的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度。