C50钢纤维自密实混凝土的配合比设计与纤维掺量对强度影响试验研究

2015-10-20高明宝

中国科技纵横 2015年19期

高明宝

【摘要】本文通过实验主要研究了C50钢纤维自密实混凝土的配合比设计以及不同的钢纤维掺量对自密实混凝土工作性能和抗压强度的影响。通过对多组100mm×100mm×100mm及钢纤维掺量分别为0.2%，0.4%，0.6%的C50自密实混凝土试件进行抗压强度的实验，来研究钢纤维的不同掺量对自密实混凝土强度的影响。

【关键词】钢纤维自密实混凝土不同钢纤维掺量抗压性能

1 引言

自密实混凝土是指不需要外加振捣而完全依靠自身重力作用充满模板的每一个角落，达到充分密实并且能够保持不离析和匀质性，获得最佳的性能的一种新型混凝土材料。在自密实混凝土的基础之上，向混凝土中掺入乱向分布的钢纤维，这样就使得混凝土不仅具有自密实混凝土很好的流动性，而且也拥有钢纤维混凝土优良的抗裂性能，同时也克服了普通混凝土的抗拉性能差、延性差等缺点，使其具有高抗裂性、高抗渗性、高韧性等优良性能。

2 试验原材料

（1）水泥：水泥的选用应当采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，质量应符合国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB 175）的要求。本实验采用了P.O42.5普通硅酸盐水泥。

（2）粗骨料：粗骨料应当采用连续级配的粗骨料，最大粒径一般不宜超过20mm，针片状骨料含量宜小于10%，空隙率宜小于40%，质地坚硬，含泥量、杂质含量应少。本试验采用了搅拌站的粉碎型碎石。

（3）细骨料：细骨料宜采用级配合格的中砂或粗砂，砂的含泥量应小于1%。本试验中的细骨料采用了呼和浩特地区的河砂。

（4）水：拌合水应当符合现行行业标准《混凝土拌合用水标准》（JGJ63）的要求。本试验用水为呼和浩特地区饮用水。

（5）活性掺合料：活性掺合料应当采用粉煤灰、硅灰、磨细矿粉等能够满足自密实混凝土大流动性和抗离析的一种或几种。本试验采用了内蒙古达拉特旗华宇环保建材有限公司的一级粉煤灰。

（6）高效减水剂：减水剂在自密实混凝土中的作用非常关键，主要靠它来减少水用量的同时保证大流动性。本试验所用减水剂为内蒙古北腾工程材料有限公司提供的聚羧酸高效减水剂。

（7）钢纤维：本试验中的钢纤维采用的同样是内蒙古北腾工程材料有限公司提供的切断型钢纤维，长度为35mm，直径为0.8mm，弓形。

3 钢纤维自密实混凝土配合比设计

（1）自密实混凝土配合比设计方法主要有以下几种：一、正交实验法。二、经验推导法。三、固定沙石体积含量方法，该方法是首先设定1中石子的松堆体积为0.5-0.6，砂浆中砂的体积含量为0.42-0.44，从而求得石子、砂子和浆体含量，最后通过水胶比和胶凝材料用量确定水和各种胶凝材料的用量。四、直接计算法，直接引用高性能混凝土的配合比计算方法进行计算求得各种材料的掺加量。

（2）经过多次计算及试配最终确定出几种混凝土的配合比如表1所示。

表1 C50钢纤维自密实混凝土配合比

混凝土类型水水泥粉煤灰砂石子水灰比减水剂钢纤维

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：表中试件代号说明，SCC 代表自密实混凝土，数字代表钢纤维的体积含量，如“04”表示钢纤维的体积率为0.4%，因为大量掺入钢纤维会影响自密实混凝土的流动性，所以本试验选用了小体积率的钢纤维掺量，最大钢纤维掺量为0.6%。

4 实验结果与分析

4.1混凝土工作性能检验

本试验对新拌自密实混凝土工作性能的检验方法采用的是CECS 203：2006《自密实混凝土应用技术规程》中的三种，分别为：坍落扩展度、T500 流动时间和J-环法。通过综合运用三种方式的检测确定自密实混凝土是否满足必要的工作性能，检测结果如表2、表3。

表2 坍落扩展度、T500 流动时间测试值

坍落扩展度（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-环试验测得值

J-环试验内外差（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

从检验结果来看虽然由于钢纤维的掺入使得混凝土的流动性和穿过间隙的能力相对降低但还是远远满足SF>>550mm，同样由于C50混凝土的水灰比较小，导致流动性也有所下降，但还是可以满足自密实混凝土的工作性能。经过以上综合检测得出所配制的钢纤维自密实混凝土具有优良的工作性能，满足工程施工要求。

4.2 混凝土立方体强度试验

通过试验最终测得钢纤维自密实混凝土立方体试件抗压强度值（所有值均由原始值乘以0.95所得）如表4。

表4 钢纤维自密实混凝土立方体28天抗压强度值

自密实混凝土类型 C50-00 C50-02 C50-04 C50-06

养护28天强度（MP） 564 573 584 596

在所有试验的试件中发现，在同一配合比混凝土当中随着钢纤维掺量的增大试件的抗压强度也都有小幅度地增加，这主要是因为钢纤维掺量越大，钢纤维和混凝土基体的拉结作用就越强，在受压时表现出抵抗横向膨胀的作用也越强，最终表现出的抗压强度也会有相应地增加。

从测得的数据来看钢纤维对自密实混凝土的抗压强度影响并不大，但从总体来讲钢纤维掺量的大小对高强度混凝土的影响要大于低强度混凝土，这是因为钢纤维对混凝土抗压强度的影响主要取决于钢纤维-水泥及界面粘结状和界面粘结强度，钢纤维的掺入一方面约束了在受压过程中混凝土的横向膨胀，推迟了破坏进程，对提高抗压强度是有益的，另一方面如果混凝土基体强度本身比较低，掺入钢纤维后，使得界面薄弱层增多，钢纤维掺量越大，薄弱层就越多，试件受压时，首先在薄弱界面处引起破坏，导致钢纤维自密实混凝土的强度不能提高。如果混凝土基体强度本身比较高，那么界面区也会得到强化，抗压强度就会随钢纤维掺量的增加而提高。C30自密实混凝土和C50自密实混凝土相比较，它的基体强度就弱了些，所以试验结果是钢纤维对C50自密实混凝土强度的影响要比C30更明显，抗压强度提高的更多。掺入钢纤维的混凝土试件在破坏过程中的应力-应变曲线更饱满，说明钢纤维可以提高自密实混凝土的抗压韧性。

就破坏形态而言，钢纤维的掺量对试件最终的破坏形态影响较大，如图1所示，普通自密实混凝土在受压破坏时表现出来的是先开裂接着就沿着裂缝坍落、破碎，但钢纤维自密实混凝土在受压破坏时因为有钢纤维的桥接作用，最后的破坏形态是裂而不散。

综上所述，钢纤维对自密实混凝土抗压性能的改善主要表现在抗压韧性的提高和破坏形态的变化，对抗压承载力的提高并不太大，远不及对抗拉、抗折能力的提高。

不掺加钢纤维的混凝土试件掺加钢纤维的混凝土试件

图1不掺加钢纤维和掺加钢纤维自密实混凝土抗压破坏形态对比

5结语

本文通过对钢纤维自密实混凝土立方体抗压强度试验研究了钢纤维对自密实混凝土抗压强度的影响，并由试验结果得出以下结论：

（1）钢纤维的掺入虽然对自密实混凝土抗压强度影响不大，但由于钢纤维在混凝土受压过程中起到了抑制横向膨胀的作用，使得自密实混凝土立方体抗压强度会有微弱增长，且这种增长会随着钢纤维掺量的增加而变得明显。

（2）钢纤维对不同强度混凝土的影响效果不同，虽然掺加钢纤维后自密实混凝土的强度都有相应地增加，但很明显，在钢纤维掺量相同的条件下强度高的混凝土要比低强度混凝土强度增加的幅度要大。换言之，钢纤维对高强度混凝土强度的提高作用优于对低强度混凝土强度的提高。

（3）钢纤维对自密实混凝土的破坏形态影响非常大。普通自密实混凝土立方体在受压破坏时表现出的是一裂即散，而掺加了钢纤维的试件所表现出的是裂而不散，这在实际工程中有时会起到保护生命财产安全的作用。

参考文献：

[1]刘数华，王晓燕.自密实混凝上综述[J].建筑技术开发，2004， 118-120.

[2]曹国娥，欧志华，刘亚君.钢纤维形状特征对钢纤维混凝土力学性能的影响[J].新型建筑材料，2002（2）.