黑色钢纤维混凝土的性能研究及应用

高永恒 王燕

摘    要： 通过多种早强水泥、染色材料、钢纤维增强材料的优选复合实验，配制出一种黑色钢纤维混凝土，使其在应用过程中既能满足早强性能，也能够缩短硬化时间，达到快速修复检查井周边路面的性能。

关键词：黑色钢纤维混凝土;配比;路用性能

1  引言

本文主要研究黑色钢纤维混凝土在应用于检查井周边修复时各应用参数对黑色钢纤维混凝土工作性的影响。在统计分析了检查井沉降变形的原因和机理后，在普通混凝土中加入钢纤维、硅灰、铁黑和外加剂，按照一定的比例进行适配，选择出最优的配合比，进行强度和时间关系的研究。

2  实验原料、仪器设备及方法

2.1  试验原料

铝酸盐水泥、細度模数为3.0的天然河砂、粒径范围为5mm～10mm连续级配的石灰岩碎石、钢纤维、聚羧酸高效减水剂、自来水、铁黑粉和硅灰。

2.2  实验仪器设备

磅秤、量筒、台秤、振动台、抗折实验机、抗压实验机、胶砂搅拌机、稠度仪、坍落度筒、木尺，钢尺等

3  试验结果及分析讨论

3.1  原材料用量对混凝土强度的影响

根据施工工期要求选择不同的水泥及减水剂配制出3d、1d、12h等不同龄期开放交通的早强型混凝土。

参照GB/T 50107—2010《混凝土强度检验评定标准》对黑色钢纤维混凝土进行强度的测定。

由表2可以看出掺入纤维、硅灰和铁黑后按照试验比率进行配制的混凝土早期强度较高，强度增加也较快，远远超出了普通混凝土的早期强度，抗压强度在10h～3天这个时间段强度增加的比较平稳，而抗折强度在前期增加的速率比后期快。这在市政道路的应用方面将起到非常重要的作用。市政道路检查井维修时由于受各种不良因素的影响需要使用这种早强混凝土才能有利于快速开放交通。

3.2  黑色钢纤维混凝土的早强性能

城市道路机动车道上常用的检查井井盖为球墨铸铁井盖，其弹模约210GPa，而沥青混凝土弹模约1.2 GPa～1.6 GPa，二者之间相差百倍，二种材料间出现不协调变形，这是检查井周边病害另一原因。因此，选择掺入纤维以改善混凝土的弹性模量，使其弹模处于沥青混凝土和球墨铸铁之间，能够实现二者间的良好过渡。表3为不同纤维掺量混凝土配比，图1为其抗折及抗压强度。

由图1试验结果可以看出：随着钢纤维掺量的增加，混凝土的抗折强度和抗压强度也都会随之增加，但是当其质量掺量达到78 kg/m3时，混凝土强度低于掺量为59kg/m3的混凝土强度。且掺量达到59 kg/m3时黑色钢纤维混凝土强度增长幅度较低，主要是因为当钢纤维掺量过大时，搅拌过程中钢纤维成团，导致钢纤维与骨料与水泥基体之间的胶结困难，降低了混凝土的抗折强度。综合看来钢纤维最佳掺量为39kg/m3，有较好的强度增长效果，且经济性较好。聚丙烯纤维的掺入可在一定程度上提高混凝土的抗折强度，但对其抗压强度则无明显增长，主要因为聚丙烯纤维需水量大，且拌制困难，必须通过增加用水量以达到较好的工作性，导致其抗压强度比基准混凝土有所降低，当聚丙烯纤维掺量达到6 kg/m3时，与低掺量相同水灰比条件下混凝土无法成型。配比10#结果也可看出钢纤维与聚丙烯纤维复掺效果要优于聚丙烯纤维单掺作用，但始终达不到钢纤维单掺作用效果。

4  结论

结合混凝土路面的有关特点对黑色钢纤维混凝土制作的原材料进行了优选，掺入纤维、硅灰和铁黑后按照试验比率进行配制的混凝土早期强度较高，强度增加也较快，远远超出了普通混凝土的早期强度，抗压强度在10h～3天这个时间段强度增加的比较平稳，而抗折强度在前期增加的速率比后期快。通过试验对比分析，综合各方面的考虑钢纤维掺量为39 kg/m3，混凝土的强度达到最好的效果。

参考文献：

[1] 千杰.超早强水泥基修补材料作用机理及应用技术研究[D].西安：长安大学，2011.

[2] 祝永年，沈威，陈志源译.Mehta P K.混凝土的结构性能与材料[M].上海：同济大学出版社，1991.