钢纤维混凝土拌合物工作性能试验研究

宋丽莎，孙 丽，曹晨杰，邢 通，赵顺波

(华北水利水电学院土木与交通学院，河南郑州450045)

钢纤维混凝土与普通混凝土相比，无论是原材料选择、配合比设计，还是生产与施工中的各个环节，都有其自身的特点与要求.以现有配合比设计方法配制的钢纤维混凝土，虽然强度随钢纤维体积分数的增大而逐渐提高，但拌合物的坍落度显著减小［1－4］，常不能满足实际工程浇筑要求.因此，笔者以钢纤维混凝土配合比二元叠加法浇筑钢纤维混凝土试件［5－6］，并进行坍落度测试，观察混凝土拌合物的流动性、黏聚性、保水性，研究钢纤维体积分数、纤维裹浆厚度对混凝土拌合物坍落度的影响规律.

1 试验概况

1.1 原材料

采用强度等级为42.5和52.5的普通硅酸盐水泥;5～10 mm和10～20 mm两种级配的碎石按比例3.5∶6.5混合成5～20 mm 连续级配碎石;天然河砂，细度模数为3.3;聚羧酸系高性能减水剂，减水率为25% ～45%;钢板剪切型钢纤维;混凝土拌合物用水为自来水.原材料性能参数见表1—3，试验参数变化组合情况见表4.表4中编号A0—A4表示纤维裹浆厚度为1.0 mm时，纤维体积分数ρf分别为 0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0% 的混凝土拌合物;A5—A6表示纤维体积分数为1.0%时，纤维裹浆厚度tcp分别为0.8，1.2 mm的混凝土拌合物;B0—B6，C0—C6编号依据同 A0—A6;A0—A6与B0—B6的水泥强度等级为P·O 42.5，C0—C6的水泥强度等级为 P·O 52.5.

表1 钢纤维特性参数

表2 水泥的物理力学性能

表3 碎石与砂的物理力学性能

表4 试验参数变化组合

1.2 试验方法

钢纤维混凝土二元叠加法是将1 m3钢纤维混凝土分成水泥钢纤维浆与基准混凝土2部分进行绝对体积法配合比设计，其中水泥钢纤维浆为钢纤维以及纤维外包裹的水泥浆量，基准混凝土为试配成功的普通混凝土.

该试验以二元叠加法进行配合比设计，搅拌时采用先干拌后湿拌的工艺.为使钢纤维在混凝土中分散均匀，采用卧轴强制式搅拌机按粗集料→钢纤维(干拌1 min)→细集料→水泥(干拌1 min)→50%减水剂水溶液→50%水(2 min)进行操作，边拌边加入钢纤维.

2 试验结果分析

基准混凝土按坍落度为150 mm进行配合比设计，实测坍落度达到了180～200 mm.图1为钢纤维混凝土拌合物在坍落度筒提起后的坍落情况.由图可见，除了纤维裹浆厚度为1.2 mm的A6拌合物出现轻微离析现象以外，其他钢纤维混凝土拌合物的黏聚性、保水性均良好.

图1 钢纤维混凝土拌合物坍落度情况

图2为纤维裹浆厚度为1.0 mm时，不同钢纤维体积分数下混凝土拌合物的坍落度.由图2可知，当纤维裹浆厚度一定时，钢纤维混凝土拌合物的坍落度呈现出随钢纤维体积分数增大而降低的变化规律.说明在钢纤维体积分数增大后，因钢纤维根数的增加使钢纤维之间形成了较大的“桥架”连接效应，拌合物内部摩阻力增大，导致钢纤维对钢纤维混凝土拌合物流动性的约束作用增强，表现为混凝土拌合物坍落度的降低.采用二元叠加法配置的钢纤维混凝土，即使纤维体积分数增大到2.0%，坍落度仍能达到115 mm，可泵送.与基准混凝土相比，坍落度最大降低幅度为35%.

同时，当纤维体积分数固定时，钢纤维混凝土拌合物的坍落度呈现出随纤维裹浆厚度的增加而提高的变化规律，如图3所示.钢纤维混凝土拌合物中，除必须有足够的水泥浆填充骨料的空隙外，还必须有一部分水泥浆包裹骨料和钢纤维的表面形成一定的润滑层，以减少骨料和钢纤维间的摩阻力，提高流动性.该试验由于考虑纤维裹浆作用，水泥浆包裹骨料和钢纤维的表面形成一定厚度的润滑层，裹浆厚度越大，钢纤维及骨料外包裹的水泥浆越多，润滑作用越明显，最终表现为混凝土拌合物坍落度的增加.裹浆厚度由0.8 mm增大到1.2 mm时，坍落度最大增幅为14%.

图2 裹浆厚度为1.0 mm时不同纤维体积分数下的坍落度

图3 纤维体积分数为1.0%时不同裹浆厚度下的坍落度

3 结语

以二元叠加配合比设计方法配制的钢纤维混凝土拌合物的工作性能良好，坍落度呈现随钢纤维体积分数增大而降低、随纤维裹浆厚度的增加而提高的变化规律.钢纤维体积分数由 0.0%增大到2.0%，坍落度最大降低幅度为35%.纤维裹浆厚度由0.8 mm增大到1.2 mm时，坍落度最大提高幅度为14%.钢纤维混凝土的工作性能良好，满足流动性混凝土的浇筑要求.

［1］大连理工大学.CECS 38∶2004纤维混凝土结构技术规程［S］.北京:中国计划出版社，2004.

［2］赵顺波，杜晖，钱晓军，等.钢纤维高强混凝土配合比直接设计方法研究［J］.土木工程学报，2008，41(7):1－6.

［3］高丹盈，汤寄予，朱海堂.钢纤维高强混凝土的配合比及基本性能研究［J］.郑州大学学报:工学版，2004，25(3):46－51.

［4］赵顺波，霍洪媛，宋晨晓，等.Binary superposition mix design method for SFRC Part I:principle and evaluation［J］.Advanced Materials Research，2011，168 －170:2186 －2190.

［5］ 霍洪媛，赵顺波，宋丽莎，等.Binary superposition mix design method for SFRC Part II:flexural strength and toughness［J］.Advanced Materials Research，2011，168 － 170:2191－2194.

［6］中国建筑科学研究院.GB/T 50080—2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，2003.