海水海砂钢纤维混凝土抗拉强度试验研究

李莹

摘  要：为了考察钢纤维体积掺量对海水海砂混凝土抗拉强度影响规律，以钢纤维体积掺量、钢纤维名义长度、混凝土强度等级3参数为变量，通过掺入体积比为0.5%、1%、1.5%、2%的钢纤维混凝土，以劈裂强度间接反映抗拉强度，开展了一系列海水海砂钢纤维混凝土劈裂强度试验。试验结果表明：钢纤维掺量对海水海砂混凝土抗拉强度影响明显，随着纤维量增加，抗拉强度逐渐增加，当钢纤维体积掺量达到1.5%时，抗拉强度达到最大值，而后随着掺量增加，抗拉强度逐渐降低;钢纤维名义长度越长，界面搭链效果越好，抗拉强度越大;混凝土强度等级越高，抗拉强度越大。

关键词：海水海砂  混凝土  钢纤维  抗拉强度  劈裂强度

由于过度开采，目前国内河沙告急，向海洋环境获取混凝土基材资源，已经成为国研究的热点[1-3]。一些学者重点关注在混凝土基材中掺入钢纤维，用钢纤维的界面“桥连”作用强化混凝土的抗裂性能[4]。因此海水海砂钢纤维混凝土（以下简称SRAC）的力学性能是关乎其应用的重要方面，也是开展后续科学研究、理论分析的基础。

目前反映海水海砂钢纤维混凝土的抗拉力学性能试验相关研究，海水罕为见到。基于此为了考察钢纤维体积掺量对海水海砂混凝土抗拉强度影响规律，以钢纤维体积掺量、钢纤维名义长度、混凝土强度等级3参数为变量，通过掺入体积比为0.5%、1%、1.5%、2%的钢纤维混凝土，以劈裂强度间接反映抗拉强度，开展了一系列海水海砂钢纤维混凝土劈裂强度试验。

1  试验过程

1.1 试验原材料

水泥采用国标P.O 42.5硅酸水泥;钢纤维采用L型弓型钢纤维;中砂（大洋河丰仁砂场）;海砂：细砂（灵寿县健之源矿产品加工厂）;天然粗骨料碎石：5～40mm（黄土坎丰达石场）;减水剂-STA-PCA（沈阳斯达博材料有限公司）;粉煤灰-I级（丹东华能电厂）;海水：取自大连市星海湾天然海水。混凝土的配合比如水泥∶粉煤灰∶钢纤维∶粗骨料∶海砂∶海水∶减水剂为1∶0.176∶3.11∶2.348∶0.497∶0.012。

1.2 钢纤维配置

由于钢纤维采用L型弓型钢纤维，这里计算长度取名义长度，分别取用5mm、10mm、15mm;另外根据国内外钢纤维体积率经验[5]，配置钢纤维体积率为0.5%、1%、1.5%、2%。根据数据配比，做好尺寸为150cm3×150cm3×150cm3的C30、C50的SRAC试件。

1.3 试验方法

试件按照标准养生室环境进行养生，28d后，按照《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T 50081-2016）[6]开展混凝土劈裂强度检测。

2  试验结果与分析

随着加载的进行到极限荷载的30%时，试件轴中心附近出现裂缝，并有“吱吱”的响声，当加载至极限荷载时，混凝土试件被劈裂开，劈裂面在上下压板条的对中线附近，且近似成为一条直线，反映劈裂效果较好。

2.1 钢纤维掺量对劈裂强度的影响

随着钢纤维掺量的增加，劈裂强度呈现先增加后降低的趋势，如图1所示。可以发现，当钢纤维掺量至混凝土体积1.5%时，劈裂强度达到最大值6.23MPa;而后随着钢纤维体积率继续增加，劈裂强度下降明显，达到5.45MPa，降低率照比最高值达12.5%。以上说明钢纤维掺量会直接影响混凝土抗拉强度，适当钢纤维可以有效增强界面黏结性，而过量钢纤维掺入，增加了界面数量，使得界面在劈裂强度试验中，以较大概率开裂，反而影响海水海砂混凝土抗拉强度，因此混凝土抗拉强度是钢纤维增韧和界面损伤共同作用的结果。

2.2 钢纤维长度对劈裂强度的影响

随着钢纤维名义长度的增加，劈裂强度呈现逐渐增的趋势，见图2所示。可以发现，当钢纤维掺量至混凝土体积1.5%时，劈裂强度达到最大值6.23MPa;而后随着钢纤维体积率继续增加，劈裂强度下降明显，达到5.45MPa，降低率照比最高值达12.5%。以上说明钢纤维掺量会直接影响混凝土抗拉强度，适当钢纤维可以有效增强界面黏结性，而过量钢纤维掺入，增加了界面数量，使得界面在劈裂强度试验中，以较大概率开裂，反而影响海水海砂混凝土抗拉强度，因此混凝土抗拉强度是钢纤维增韧和增加了界面量导致界面损伤共同作用的结果。

2.3 混凝土强度等级对劈裂强度的影响

随着混凝土强度等级提高，立方体抗拉强度得到提升，这是由于混凝土强度等级提高，混凝土内部致密，即使钢纤维掺量过大，界面增多，混凝土内部的致密性也会使得混凝土基材与钢纤维界面过渡区搭接结构增强，进而提高混凝土抗拉强度。

3  结语

（1）随着钢纤维体积率的增加，立方体抗拉强度呈现先增加后降低的趋势，且钢纤维体积率1.5%抗拉强度达到最大值。

（2）钢纤维名义长度越长，界面搭链效果越好，抗拉强度越大。

（3）混凝土强度等级越高，抗拉强度越大。

参考文献

[1] Zhou YW， Wang XW， Sui LL，et al. Effect of mechanical fastening pressure on the bond behavior of hybrid-bonded FRP to concrete interface[J].Composite Structures，2018（204）：731-744.

[2] 殷雨時，范颖芳，吴建鑫，等.纳米高岭土改性环氧树脂力学性能研究[J].混凝土，2019（7）：128-130，136.

[3] 殷雨时，范颖芳，徐义洪.粗糙度对CFRP-混凝土界面剪切黏结性能的影响[J].建筑材料学报，2018（2）：202-207.

[4] American Society of Civil Engineers[S].Report card for Americas infrastructure，2005.

[5] Maeder V. Volatile corrosion inhibitor film formation on carbon steel surface and its inhibition effect on the atmospheric corrosion of carbon steel[J].Apply Surface Science，2006（253）：1343-1349.

[6] 中华人民共和国住房与城乡建设部.GB/T 50081-2016，普通混凝土力学性能试验方法标准[S].北京：中国建筑科学研究院，2016.