鋼纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

謝雨霏 盛 夢(mèng) 呂一帆

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 江蘇 南京 211800）

0 引言

將普通混凝土與隨機(jī)分布的鋼纖維進(jìn)行混合成鋼纖維混凝土可以改善普通混凝土的弱點(diǎn)，如拉伸強(qiáng)度低、在拉伸區(qū)容易開(kāi)裂。鋼纖維混凝土可以改善普通混凝土的拉伸、撓曲和剪切強(qiáng)度，并且其抗裂性、韌性、耐久性和抗沖擊性得到了顯著改善。為了更好地探究鋼纖維混凝土力學(xué)性能的優(yōu)化，為實(shí)際工程提供更多理論依據(jù)，本文在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，探究不同摻入量下的鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度的變化。

1 原材料及配合比

試驗(yàn)所用水泥為M32.5砌筑水泥；碎石直徑為5-20mm；中砂，細(xì)度模數(shù)為2.5；鋼纖維波浪形鋼纖維，長(zhǎng)度約為40mm，長(zhǎng)徑比約為40；自來(lái)水。試驗(yàn)所用材料配比如表1所示。

表1 鋼纖維混凝土試件配合比

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中，鋼纖維混凝土試件尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體。試件養(yǎng)護(hù)28d齡期后，使用2000KN試驗(yàn)機(jī)加載，加載速率為0.5MPa/s，對(duì)鋼纖維混凝土進(jìn)行劈裂抗拉試驗(yàn)和抗壓試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 鋼纖維對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式：

式中： fcc——鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa

F——試件破壞荷載，N

A——試件承壓面積，mm2。

表2 抗壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

0.5% 824.48 784.08 791.38 799.98 35.55 4.27% 0.7% 855.98 777.61 823.17 818.92 36.40 6.74% 1.0% 869.9 760.81 840.94 823.88 36.62 7.38%

由表2可知，鋼纖維體積摻量為0.5%-1.0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨鋼纖維摻量的增加而增強(qiáng)但加強(qiáng)效果不明顯，抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土僅提高了4.27%-7.38%。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)不同鋼纖維摻量的混凝土抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行比較，用SPSS擬合得出鋼纖維混凝土相對(duì)基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度關(guān)系如圖1。

圖1 鋼纖維摻量與抗壓強(qiáng)度相對(duì)值關(guān)系

鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度之比和鋼纖維摻量的的關(guān)系式如下：

式中：fcc——鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa

fc——基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa

x——鋼纖維體積摻量

據(jù)上式可知，鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度之比和鋼纖維摻量呈三次函數(shù)的關(guān)系。當(dāng)鋼纖維摻量在0.8%-1.0%時(shí)，擬合曲線具有極大值，可以推出，對(duì)抗壓強(qiáng)度而言，鋼纖維的最優(yōu)摻量為0.8%-1.0%；當(dāng)鋼纖維摻量大于1.0%時(shí)，鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著鋼纖維摻量的增加而減小。已知基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度以及鋼纖維摻量，就可以利用上述公式求出鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3.2 鋼纖維對(duì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

鋼纖維混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式：

式中：fts——鋼纖維混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa

F——試件破壞荷載，N

A——試件劈裂面面積，mm2

表3 劈裂抗拉試驗(yàn)數(shù)據(jù)

如表3所示，鋼纖維體積摻量為0.5%-1.0%時(shí)，混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨鋼纖維摻量的增加而增大。鋼纖維體積摻量為0.5%-1.0%時(shí)，劈裂抗拉強(qiáng)度提高了15.56%-38.45%，鋼纖維對(duì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度提高較為顯著。

對(duì)不同鋼纖維摻量的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行比較，用SPSS擬合得出鋼纖維混凝土相對(duì)基準(zhǔn)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度關(guān)系如圖2。

圖2 鋼纖維摻量與劈裂抗拉強(qiáng)度相對(duì)值關(guān)系

鋼纖維混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度之比和鋼纖維摻量的關(guān)系式如下：

式中：ffts——鋼纖維混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa

fts——基準(zhǔn)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa

x——鋼纖維摻量

進(jìn)一步分析計(jì)算得出，對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度而言，鋼纖維的最優(yōu)摻量為1.3%-1.6%。已知基準(zhǔn)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度以及鋼纖維摻量，就可以利用上述公式求出鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。

4 結(jié)論

（1）鋼纖維對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果不顯著，鋼纖維摻量為0.5%-1.0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度僅提高了4.27%-7.38%。對(duì)抗壓強(qiáng)度而言，鋼纖維的最優(yōu)體積摻量為0.8%-1.0%。

（2）鋼纖維對(duì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度影響較大，鋼纖維體積摻量為0.5%-1.0%時(shí)，劈裂抗拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土提高了15.56%-38.45%。對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度而言，鋼纖維的最優(yōu)摻量為1.3%-1.6%。