C50鋼纖維自密實混凝土的配合比設計與纖維摻量對強度影響試驗研究

高明寶

【摘 要】本文通過實驗主要研究了C50鋼纖維自密實混凝土的配合比設計以及不同的鋼纖維摻量對自密實混凝土工作性能和抗壓強度的影響。通過對多組100mm×100mm×100mm及鋼纖維摻量分別為0.2%，0.4%，0.6%的C50自密實混凝土試件進行抗壓強度的實驗，來研究鋼纖維的不同摻量對自密實混凝土強度的影響。

【關鍵詞】鋼纖維 自密實混凝土 不同鋼纖維摻量 抗壓性能

1 引言

自密實混凝土是指不需要外加振搗而完全依靠自身重力作用充滿模板的每一個角落， 達到充分密實并且能夠保持不離析和勻質性， 獲得最佳的性能的一種新型混凝土材料。在自密實混凝土的基礎之上，向混凝土中摻入亂向分布的鋼纖維，這樣就使得混凝土不僅具有自密實混凝土很好的流動性，而且也擁有鋼纖維混凝土優(yōu)良的抗裂性能，同時也克服了普通混凝土的抗拉性能差、延性差等缺點，使其具有高抗裂性、高抗?jié)B性、高韌性等優(yōu)良性能。

2 試驗原材料

（1）水泥：水泥的選用應當采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，質量應符合國家標準《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB 175）的要求。本實驗采用了P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

（2）粗骨料：粗骨料應當采用連續(xù)級配的粗骨料，最大粒徑一般不宜超過20mm，針片狀骨料含量宜小于10%，空隙率宜小于40%，質地堅硬，含泥量、雜質含量應少。本試驗采用了攪拌站的粉碎型碎石。

（3）細骨料：細骨料宜采用級配合格的中砂或粗砂，砂的含泥量應小于1%。本試驗中的細骨料采用了呼和浩特地區(qū)的河砂。

（4）水：拌合水應當符合現行行業(yè)標準《混凝土拌合用水標準》（JGJ63）的要求。本試驗用水為呼和浩特地區(qū)飲用水。

（5）活性摻合料：活性摻合料應當采用粉煤灰、硅灰、磨細礦粉等能夠滿足自密實混凝土大流動性和抗離析的一種或幾種。本試驗采用了內蒙古達拉特旗華宇環(huán)保建材有限公司的一級粉煤灰。

（6）高效減水劑：減水劑在自密實混凝土中的作用非常關鍵，主要靠它來減少水用量的同時保證大流動性。本試驗所用減水劑為內蒙古北騰工程材料有限公司提供的聚羧酸高效減水劑。

（7）鋼纖維：本試驗中的鋼纖維采用的同樣是內蒙古北騰工程材料有限公司提供的切斷型鋼纖維，長度為35mm，直徑為0.8mm，弓形。

3 鋼纖維自密實混凝土配合比設計

（1）自密實混凝土配合比設計方法主要有以下幾種：一、正交實驗法。二、經驗推導法。三、固定沙石體積含量方法，該方法是首先設定1中石子的松堆體積為0.5-0.6，砂漿中砂的體積含量為0.42-0.44，從而求得石子、砂子和漿體含量，最后通過水膠比和膠凝材料用量確定水和各種膠凝材料的用量。四、直接計算法，直接引用高性能混凝土的配合比計算方法進行計算求得各種材料的摻加量。

（2）經過多次計算及試配最終確定出幾種混凝土的配合比如表1所示。

表1 C50鋼纖維自密實混凝土配合比

混凝土類型 水 水泥 粉煤灰 砂 石子 水灰比 減水劑 鋼纖維

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：表中試件代號說明，SCC 代表自密實混凝土，數字代表鋼纖維的體積含量，如“04”表示鋼纖維的體積率為0.4%，因為大量摻入鋼纖維會影響自密實混凝土的流動性，所以本試驗選用了小體積率的鋼纖維摻量，最大鋼纖維摻量為0.6%。

4 實驗結果與分析

4.1混凝土工作性能檢驗

本試驗對新拌自密實混凝土工作性能的檢驗方法采用的是CECS 203：2006《自密實混凝土應用技術規(guī)程》中的三種，分別為：坍落擴展度、T500 流動時間和J-環(huán)法。通過綜合運用三種方式的檢測確定自密實混凝土是否滿足必要的工作性能，檢測結果如表2、表3。

表2 坍落擴展度、T500 流動時間測試值

坍落擴展度（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-環(huán)試驗測得值

J-環(huán)試驗內外差（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

從檢驗結果來看雖然由于鋼纖維的摻入使得混凝土的流動性和穿過間隙的能力相對降低但還是遠遠滿足SF>>550mm，同樣由于C50混凝土的水灰比較小，導致流動性也有所下降，但還是可以滿足自密實混凝土的工作性能。經過以上綜合檢測得出所配制的鋼纖維自密實混凝土具有優(yōu)良的工作性能，滿足工程施工要求。

4.2 混凝土立方體強度試驗

通過試驗最終測得鋼纖維自密實混凝土立方體試件抗壓強度值（所有值均由原始值乘以0.95所得）如表4。

表4 鋼纖維自密實混凝土立方體28天抗壓強度值

自密實混凝土類型 C50-00 C50-02 C50-04 C50-06

養(yǎng)護28天強度（MP） 564 573 584 596

在所有試驗的試件中發(fā)現，在同一配合比混凝土當中隨著鋼纖維摻量的增大試件的抗壓強度也都有小幅度地增加，這主要是因為鋼纖維摻量越大，鋼纖維和混凝土基體的拉結作用就越強，在受壓時表現出抵抗橫向膨脹的作用也越強，最終表現出的抗壓強度也會有相應地增加。

從測得的數據來看鋼纖維對自密實混凝土的抗壓強度影響并不大，但從總體來講鋼纖維摻量的大小對高強度混凝土的影響要大于低強度混凝土，這是因為鋼纖維對混凝土抗壓強度的影響主要取決于鋼纖維-水泥及界面粘結狀和界面粘結強度，鋼纖維的摻入一方面約束了在受壓過程中混凝土的橫向膨脹，推遲了破壞進程，對提高抗壓強度是有益的，另一方面如果混凝土基體強度本身比較低，摻入鋼纖維后，使得界面薄弱層增多，鋼纖維摻量越大，薄弱層就越多，試件受壓時，首先在薄弱界面處引起破壞，導致鋼纖維自密實混凝土的強度不能提高。如果混凝土基體強度本身比較高，那么界面區(qū)也會得到強化，抗壓強度就會隨鋼纖維摻量的增加而提高。C30自密實混凝土和C50自密實混凝土相比較，它的基體強度就弱了些，所以試驗結果是鋼纖維對C50自密實混凝土強度的影響要比C30更明顯，抗壓強度提高的更多。摻入鋼纖維的混凝土試件在破壞過程中的應力-應變曲線更飽滿，說明鋼纖維可以提高自密實混凝土的抗壓韌性。

就破壞形態(tài)而言，鋼纖維的摻量對試件最終的破壞形態(tài)影響較大，如圖1所示，普通自密實混凝土在受壓破壞時表現出來的是先開裂接著就沿著裂縫坍落、破碎，但鋼纖維自密實混凝土在受壓破壞時因為有鋼纖維的橋接作用，最后的破壞形態(tài)是裂而不散。

綜上所述，鋼纖維對自密實混凝土抗壓性能的改善主要表現在抗壓韌性的提高和破壞形態(tài)的變化，對抗壓承載力的提高并不太大，遠不及對抗拉、抗折能力的提高。

不摻加鋼纖維的混凝土試件 摻加鋼纖維的混凝土試件

圖1不摻加鋼纖維和摻加鋼纖維自密實混凝土抗壓破壞形態(tài)對比

5結語

本文通過對鋼纖維自密實混凝土立方體抗壓強度試驗研究了鋼纖維對自密實混凝土抗壓強度的影響，并由試驗結果得出以下結論：

（1）鋼纖維的摻入雖然對自密實混凝土抗壓強度影響不大，但由于鋼纖維在混凝土受壓過程中起到了抑制橫向膨脹的作用，使得自密實混凝土立方體抗壓強度會有微弱增長，且這種增長會隨著鋼纖維摻量的增加而變得明顯。

（2）鋼纖維對不同強度混凝土的影響效果不同，雖然摻加鋼纖維后自密實混凝土的強度都有相應地增加，但很明顯，在鋼纖維摻量相同的條件下強度高的混凝土要比低強度混凝土強度增加的幅度要大。換言之，鋼纖維對高強度混凝土強度的提高作用優(yōu)于對低強度混凝土強度的提高。

（3）鋼纖維對自密實混凝土的破壞形態(tài)影響非常大。普通自密實混凝土立方體在受壓破壞時表現出的是一裂即散，而摻加了鋼纖維的試件所表現出的是裂而不散，這在實際工程中有時會起到保護生命財產安全的作用。

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