骨料粒径与微钢纤维体积含量对混凝土劈裂抗拉强度的影响

鲁先福 朋云霞 李 婷

(1.安徽建筑大学 安徽 合肥 230601；2.淮南师范学院 安徽 淮南 232038；3.浙江工贸职业技术学院 浙江 温州 325003)

一、实验概况

(一)试验材料

水泥：采用P·O 42.5级水泥。

粉煤灰：采用II级粉煤灰。

钢纤维：采用赣州大业金属纤维有限公司生产的微钢纤维；纤维直径均为0.2mm，纤维长度为13mm，拉伸强度均大于2850MPa。

减水剂：采用聚羧酸高效减水剂。

水：选用自来水，符合设计标准用水要求。

骨料：本课题采用的粗骨料粒径大小分三种，分别为(5～10)mm、(10～15)mm、(15～20)mm；细骨料(砂子)：采用温州普通河砂，细度模数2.97。

(二)试验配合比设计

在本次实验研究中，以基体混凝土强度等级为C30和C50分别进行钢纤维混凝土配合比设计。钢纤维混凝土的配合比参照《普通混凝土配合比设计规程》[1](JGJ 55-2011)、《钢纤维混凝土》(JG/T 472-2015)、《高强混凝土应用技术规程》(JGJ 281-2012)等相关规定进行设计。通过设计计算、试配，最终确定钢纤维混凝土配合比，详细见表1:

表1 实验配合比

(三)试验设备

采用MTS公司生产的500t微机控制电液伺服压力试验机，100L混凝土卧式搅拌机。

(四)试件制作及测试

按照上述试验配合比制作试件，首先将粗细骨料、水泥、粉煤灰、矿粉等材料依次倒入100L混凝土卧式搅拌机干拌3分钟，然后开始加入水与外加剂混合制成的混合溶液继续搅拌3.5分钟，观察钢纤维混凝土流动性达标的情况下，用筛子筛取钢纤维，边搅拌边加入钢纤维直至完全加入，搅拌3分钟装模，最后放在水平台上静置，3天后拆模，统一搬入养护室养护28d搬出养护室干燥一天。采用MTS公司生产的500t微机控制电液伺服压力试验机以2KN/s的加载速率测定试件的劈裂抗拉强度。

二、试验结果及分析

(一)试验结果

通过试验测得每组三个试件劈裂抗拉强度平均值列于下表2。

表2 劈裂抗拉强度结果

根据以上数据，得出以下结论：

(1)对于C30混凝土来说钢纤维体积含量为2%，骨料粒径为(15～20)mm的钢纤维混凝土劈裂抗拉强度达到最大，排在其后的分别骨料粒径为(10～15)mm、(5～10)mm，最小的为素混凝土。当纤维含量为1%时，骨料粒径为(5～10)mm大于粒径为(10～15)mm的混凝土劈裂抗拉强度，强度最大的还属骨料粒径为(15～20)mm钢纤维混凝土。对于C50混凝土来说随钢纤维体积含量逐渐增加时，劈裂抗拉强度也是相应增加，但强度最大的为粒径较小的骨料，本实验中粒径为(5～10)mm、(10～15)mm钢纤维混凝土劈裂抗拉强度达到最大，其次是粒径为(15～20)mm骨料，素混凝土为最小。

(2)在C30混凝土中，在相同的骨料粒径下，当钢纤维体积含量逐渐增加时，劈裂抗拉强度也都相应增加，但各自增加幅度是不同的。通过计算得知，当钢纤维体积含量由0增加到1%时，粗骨料粒径为0mm、(5～10)mm、(10～15)mm、(15～20)mm钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度分别增加161.5%、84.0%、75.0%、41.2%。这说明钢纤维加入C30混凝土中，显著增强了混凝土的劈裂抗拉强度，但随着混凝土中粗骨料粒径的增大，劈裂抗拉强度增加的幅度在逐渐变小。当钢纤维体积含量由1%增加到2%时，粗骨料粒径为0mm、(5～10)mm、(10～15)mm、(15～20)mm钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度分别增加61.8%、32.6%、71.4%、54.2%。这说明继续在混凝土中加入较多量的钢纤维，劈裂抗拉强度也会随之增加，但在骨料粒径较小的混凝土中增加的幅度较之前减少，在骨料粒径较大的混凝土中增加的幅度较之前略有增加。在一定范围内，强度较低的钢纤维混凝土中，较高纤维体积含量与较大粒径粗骨料对混凝土劈裂抗拉强度起到促进作用[2-3]。