《混凝土》雜志2016年第1期  轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處

【摘要】 針對(duì)高強(qiáng)鋼纖維混凝土流動(dòng)性差,不易用于現(xiàn)場(chǎng)澆筑的缺點(diǎn),從攪拌方法,、骨料粒徑以及砂率三方面進(jìn)行試驗(yàn)研究;結(jié)果表明,采用鋼纖維分兩次加入并適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間有利于其流動(dòng)性及強(qiáng)度的保證;隨著骨料粒徑的降低,鋼纖維混凝土強(qiáng)度有所降低,但流動(dòng)性得到較大幅度的提高,明顯減弱了骨料與鋼纖維形成的'棚架'效應(yīng),表現(xiàn)出更好的延性;隨著砂率的提高,高強(qiáng)鋼纖維混凝土流動(dòng)性有較大的提高,但強(qiáng)度、延性均有所下降;對(duì)于高砂率,、高流動(dòng)性的鋼纖維混凝土拌合物成型時(shí)需適當(dāng)減少振動(dòng)時(shí)間,。 更多

0引言

在工程結(jié)構(gòu)中采用高強(qiáng)材料,，既可滿(mǎn)足現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向高層和大跨度發(fā)展的需求，減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸,，節(jié)約材料用量,；也可提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用年限,，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,。但混凝土的抗壓強(qiáng)度提高后，其抗拉,、抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低,，延性降低，因而降低了高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能,。

將鋼纖維摻入高強(qiáng)混凝土,，從而形成高強(qiáng)鋼纖維混凝土，其強(qiáng)度和延性都有較大幅度的提高,，然而在高強(qiáng)混凝土中加入鋼纖維后,，混凝土流動(dòng)性有大幅度的降低，嚴(yán)重影響其在實(shí)際施工中的推廣應(yīng)用,，對(duì)于用水量和水灰比相同的鋼纖維混凝土拌和物,，其坍落度僅相當(dāng)于基體混凝土拌和物坍落度的1/3～2/3^[1-2]。廖文正^[3]在其高流動(dòng)性鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)中采用高砂率,、高膠凝材料使其達(dá)到相當(dāng)好的流動(dòng)性,，并且材料表現(xiàn)出應(yīng)變硬化的特性；李長(zhǎng)永等^[2]通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)得出對(duì)于剪切型鋼纖維增強(qiáng)混凝土同樣存在最佳砂率,，并且給出了建議砂率取法,；Lionel^[4]將骨料粒徑對(duì)于骨料咬合、鋼纖維分布及加入鋼纖維后抗彎性能進(jìn)行了分析,，并最終采用10mm的粗骨料粒徑制備高流動(dòng)性鋼纖維混凝土,；趙順波^[5]通過(guò)對(duì)采用不同粗骨料粒徑時(shí)鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度,、彎曲強(qiáng)度比較,，得出采用較小石子粒徑時(shí)，其力學(xué)性能指標(biāo)均有所提高,。已有研究成果表明,，適當(dāng)提高砂率、適當(dāng)選取粗骨料粒徑,，可以提高鋼纖維混凝土的流動(dòng)性,。本研究通過(guò)對(duì)高強(qiáng)鋼纖維混凝土的砂率、骨料粒徑及攪拌方法等因素進(jìn)行分析、試驗(yàn),，并提出抗壓,、抗彎強(qiáng)度具有一定保證率的高流動(dòng)性高強(qiáng)鋼纖維混凝土制備方法。

1原材料及試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)原材料

水泥：選用寶雞禮泉海螺水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥,，3d,、28d抗壓強(qiáng)度分別為32.5MPa、56.4MPa,。

摻合料:硅粉采用?？蠂?guó)際貿(mào)易（上海）有限公司生產(chǎn)的微硅粉920U，活性SiO₂含量≥87.23%,，燒失量≤3.63%；粉煤灰選用韓城大唐盛龍科技有限公司提供的Ⅰ級(jí)粉煤灰,，礦粉采用西安德龍粉體工程材料有限公司生產(chǎn)的S95礦粉,，性能列于表1；

表1礦粉成分及性能

粗骨料：采用藍(lán)田石灰石礦生產(chǎn)的5~10mm、5~16mm,、5~20mm粒徑的石灰?guī)r碎石,，級(jí)配連續(xù)。

細(xì)骨料：西安當(dāng)?shù)氐闹写趾由?，最大粒?/span>5mm,，細(xì)度模數(shù)2.83。

外加劑：西卡公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑,。減水劑摻量均按膠凝材料用量的固定比例加入,。

鋼纖維：試驗(yàn)中用到兩種長(zhǎng)徑比不同的鋼纖維ZP305、OL13/.20,。所有纖維均為比利時(shí)Bekaert公司生產(chǎn)的Dramix鋼纖維,，鋼纖維的物理及力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表2，鋼纖維形貌見(jiàn)圖1.

表2鋼纖維的物理與力學(xué)性能

1.2配合比設(shè)計(jì)

高流動(dòng)性高強(qiáng)鋼纖維混凝土的配制采用“硅酸鹽水泥+塑化劑+活性超細(xì)礦物摻合料＋鋼纖維”這一技術(shù)路線,，引入大摻量的礦物細(xì)集料，來(lái)填充混凝土微小孔隙,，并有利于抵抗鋼纖維的拔出,，提高高強(qiáng)鋼纖維混凝土的延性。本研究中采用的礦物摻合料包括硅灰,、粉煤灰,、礦粉，以占有膠凝材料的固定比例摻入。已有研究表明粉煤灰的高摻量替代水泥可以改善混凝土的流動(dòng)性并有利于其發(fā)揮“形態(tài)效應(yīng)”“活性效應(yīng)”“微集料效應(yīng)”三重效應(yīng),，粉煤灰配合適量硅粉,、礦粉的摻入則能在保證鋼纖維與混凝土基體有相當(dāng)粘結(jié)力的同時(shí)擁有較好的延性^[6-7]。經(jīng)前期試配,，本次試驗(yàn)中采用綜合效果較好的ZP305,、OL13/.20混合來(lái)進(jìn)行一系列研究。試驗(yàn)中對(duì)砂率變化時(shí),，根據(jù)細(xì)骨料與膠凝材料總量基本成正比,，將膠凝材料總量做了相應(yīng)的調(diào)整，以保證混凝土基體的密實(shí)性,。鋼纖維的摻入必然會(huì)降低混凝土基體的流動(dòng)性,，影響增加高效減水劑的用量。

本試驗(yàn)采用表觀密度法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),，混凝土的設(shè)計(jì)表觀密度為2400kg/m³,，為保證大摻量礦物下的強(qiáng)度，盡量取較小水膠比,，根據(jù)膠凝材料總量不超過(guò)650kg/m³的原則確定單位用水量,，通過(guò)試配，最終確定高強(qiáng)鋼纖維混凝土的配合比如下表3所列,。

表3試驗(yàn)配合比

注：HSFRC1,、HSFRC2、HSFRC3采用相同配合比,，僅攪拌方法不同.

1.3試驗(yàn)方法

鋼纖維混凝土采用單臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌,。

本試驗(yàn)中立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試采用100mm×100mm×100mm立方體試塊，測(cè)試每組6個(gè)試件7d,、28d強(qiáng)度,，取其平均值作為每組混凝土的強(qiáng)度，抗壓采用微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī),，型號(hào)YAW-4206,，量程200t?？拐墼囼?yàn)采用100mm×100mm×400mm棱柱體試塊,，采用三分點(diǎn)彎曲加載方法，采用長(zhǎng)春科新實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的YA-300級(jí)微機(jī)控制全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)加載,，加荷速率0.05KN/s.加載機(jī)如圖2所示,。

1）在相同配合比及較大鋼纖維摻量下，粉末狀集料的一次性加入,，先期加入少量水再進(jìn)行鋼纖維干拌,，鋼纖維分批兩階段摻入有利于鋼纖維混凝土達(dá)到較高的流動(dòng)性,；

2）粗骨料粒徑對(duì)于鋼纖維混凝土的坍落度影響規(guī)律并不是單調(diào)變化的統(tǒng)一規(guī)律，而取決于鋼纖維的種類(lèi)及摻入方案,。對(duì)于本次試驗(yàn)中長(zhǎng)短兩種纖維組合時(shí),，隨著粗骨料粒徑的減小，拌合物的流動(dòng)性明顯增大,；相同鋼纖維摻量下,，隨著粗骨料粒徑的減小，高強(qiáng)鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度并無(wú)明顯下降,，同時(shí)其抗折強(qiáng)度有所提高,，延性顯著增大，表現(xiàn)為隨著石子粒徑的減小,，試件彎曲荷載－撓度曲線趨于飽滿(mǎn),； 

3）相同鋼纖維摻量下，隨著砂率的增加,，拌合物流動(dòng)性增大,，但同時(shí)鋼纖維混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯下降,，延性并未得到提高。